前沿導(dǎo)讀
美媒記者針對華為提出的韜定律分析指出,華為找到了一種新方法,能夠縮短大陸芯片制造商與世界領(lǐng)先代工廠臺積電之間的差距。
我們此前預(yù)估,在最尖端領(lǐng)域中國大陸的技術(shù)水平跟國際水平的差距大約是5年,甚至是5年以上。而華為現(xiàn)在提出的說法和技術(shù),可以縮小這個差距,并可能在2031年實現(xiàn)等效1.4nm工藝的芯片。
如果國際層面弄清楚華為是怎么做的,那么ASML是第一個受到?jīng)_擊的企業(yè),將會對ASML銷售先進(jìn)光刻機(jī)造成競爭威脅。
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換道發(fā)展
目前國際芯片產(chǎn)業(yè)還是遵循傳統(tǒng)的摩爾定律路線,通過不斷縮小晶體管尺寸(幾何縮微)來提升芯片性能、降低功耗和成本。但是當(dāng)芯片制程進(jìn)入到5nm、3nm及以下節(jié)點之后,晶體管的密度已經(jīng)逼近臨界點,散熱、功耗、制造成本、經(jīng)濟(jì)效益等問題直線攀升,行業(yè)內(nèi)正在探尋通過其他技術(shù)手段解決問題。
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臺積電、三星、英特爾等企業(yè)選擇通過改變晶體管的結(jié)構(gòu)來提升性能,也就是將Fin FET晶體管替換成GAA晶體管。并且英特爾還在改變晶體管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,加入了背面供電技術(shù),將電源布線移動至晶圓背面,以釋放正面的互聯(lián)層,優(yōu)化性能及功耗。
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但是這三家企業(yè)所推出的芯片制造技術(shù),全部都需要EUV光刻機(jī)的支撐。
而美國對于EUV光刻機(jī)實施的對華出口管制,讓中國企業(yè)在先進(jìn)制程的技術(shù)發(fā)展道路上出現(xiàn)了難以逾越的硬件壁壘。
在此背景下,華為所提出的韜定律,就是一次針對芯片產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)路徑的根本轉(zhuǎn)變。其核心目標(biāo)不再是單純追求晶體管尺寸的縮小,而是系統(tǒng)性地壓縮信號在芯片內(nèi)部乃至整個計算系統(tǒng)中的傳播時延,通過提升時間效率來實現(xiàn)等效的性能躍進(jìn)。
韜定律并不是拿來替代摩爾定律的,而是開辟了一條不重度依賴最先進(jìn)光刻設(shè)備也能持續(xù)提升芯片性能的新賽道。
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韜定律所衍生的芯片設(shè)計技術(shù)是邏輯折疊,傳統(tǒng)芯片設(shè)計都是基于二維平面上進(jìn)行電路布局,關(guān)鍵路徑上的信號需要穿越長距離的互連線,這會導(dǎo)致信息出現(xiàn)延遲。
而邏輯折疊技術(shù)則將關(guān)鍵路徑上的邏輯門在三維空間進(jìn)行布局優(yōu)化,通過垂直互連大幅縮短物理距離,從而顯著降低信號傳播延遲。這是一種基于芯片設(shè)計上面的改變,并不是傳統(tǒng)芯片的疊加封裝技術(shù)。
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韜定律以及邏輯折疊技術(shù),其本質(zhì)上就是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在沒有EUV光刻機(jī)的前提下,積極探索出來的一條不依賴于先進(jìn)設(shè)備就可以提升芯片性能的發(fā)展路線。但是最終將芯片技術(shù)落地,還是需要依賴DUV光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積等傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行制造。
競爭威脅
國際層面已經(jīng)量產(chǎn)的5nm、3nm工藝芯片,幾乎都是采用了EUV光刻機(jī),通過傳統(tǒng)的晶體管堆疊設(shè)計完成制造。
而韜定律的出現(xiàn),提供了一種可能:在不使用或減少使用最先進(jìn)EUV光刻機(jī)的情況下,通過設(shè)計、架構(gòu)和系統(tǒng)級創(chuàng)新,在落后幾代的節(jié)點上實現(xiàn)接近甚至是媲美先進(jìn)制程的性能。
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這就不得不提到三星拿ASML EUV光刻機(jī)制造的4nm芯片驍龍8 gen 1,雖然該芯片是4nm工藝,大核心是ARM最新的Cortex-X2,擁有3.0GHz的峰值頻率,性能強(qiáng)勁。但是實際的體驗并不好,甚至可以說市場口碑還不如前幾代產(chǎn)品。
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而最具諷刺意義的,還是美國半導(dǎo)體機(jī)構(gòu)Semi Analysis拿三星制造的4nm驍龍8 gen 1,對比中國本土晶圓廠制造的7nm麒麟9000S,最終得出來的結(jié)論是雙方的芯片水平不相上下。驍龍8 gen 1與麒麟9000S的小核心都是ARM公版的A510,哪怕是在一模一樣的小核心下,雙方的水平也是非常接近。
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不知道是應(yīng)該說三星拿EUV造的4nm芯片太差,還是應(yīng)該說中國的國產(chǎn)工藝和華為的芯片設(shè)計水平太強(qiáng)。
華為在芯片設(shè)計上面的水平有目共睹,這是根本無法忽略的事實。而EUV光刻機(jī)的出口管制,在一定程度上制約了華為設(shè)計水平的技術(shù)落地。雖然國產(chǎn)光刻機(jī)的研發(fā)一直在進(jìn)步,但是現(xiàn)階段還無法大規(guī)模替換掉ASML的設(shè)備。
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在這種情況下,韜定律以及邏輯折疊技術(shù)的提出,可以為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的突破爭取更多時間。
如果華為的韜定律路徑能夠在中高端芯片市場取得成功,就意味著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可以在一定程度上“以時間換空間”,在不完全依賴攻克EUV尖端技術(shù)的前提下,保持產(chǎn)品競爭力。這直接削弱了美國將ASML制造的EUV光刻機(jī),當(dāng)做卡中國芯片脖子的威懾力。
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據(jù)中國新聞社賬號《東西問》在5月26日發(fā)布的報道指出,外媒普遍認(rèn)為依靠傳統(tǒng)制造方法,中國企業(yè)不太可能實現(xiàn)1.4nm的制程水平,因為美國封鎖了EUV光刻機(jī)和其他相關(guān)設(shè)備的出口,這是入局的關(guān)鍵設(shè)備。但是韜定律提出了另一種思路,即便不依賴尖端設(shè)備,也可以提升芯片的性能和晶體管密度。
如果未來基于韜定律的芯片可以實現(xiàn)大規(guī)模制造,并且沿著華為給出的目標(biāo)持續(xù)發(fā)展,那么這意味著該定律技術(shù)打破了業(yè)界普遍的共識,中國芯片企業(yè)走出了自己的一條路。
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如今全球半導(dǎo)體的技術(shù)路徑已經(jīng)出現(xiàn)了分化:一條是繼續(xù)由ASML、臺積電、三星、英特爾等企業(yè)主導(dǎo)的幾何縮微傳統(tǒng)賽道;另一條則是華為最近提出的韜定律賽道。
這種路徑的分化,將直接侵蝕ASML所服務(wù)的單一化、線性化的技術(shù)演進(jìn)市場。
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