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鈦媒體 05-29

解密“何式定律”背后,徐直軍首次披露華為芯片突圍始末

時間,是這個故事里唯一的主角。

2019 年 5 月 16 日,美國商務(wù)部正式將華為列入實體清單。華為海思總裁何庭波發(fā)出致員工信,這封內(nèi)部信流傳出去,極大鼓舞了國人,迅速成為全網(wǎng)焦點,信中寫道:所有我們曾經(jīng)打造的備胎,一夜之間全部轉(zhuǎn) " 正 "!這個至暗的日子,是每一位海思的平凡兒女成為時代英雄的日子!

華為總裁辦同時發(fā)布郵件,稱公司多年前已有所預(yù)計,在研發(fā)和業(yè)務(wù)連續(xù)性方面進行了大量投入與準備,能夠保障極端情況下經(jīng)營不受大的影響。

信中還有一句話—— " 時間將會揭開虛偽的面具,陰霾過后陽光必定普照。"

但當(dāng)時,華為的底氣并不如表面那么充足。盡管創(chuàng)始人任正非對外表示,從 5G 到核心網(wǎng),華為完全可以不依賴美國,然而包括徐直軍在內(nèi)的少數(shù)核心決策者清楚,備胎計劃的底氣本質(zhì)上依賴臺積電的生產(chǎn)制造,華為當(dāng)時 90% 的芯片由臺積電代工,這才是真正的命門。

2020 年 3 月,密集的信號傳來,美國已鎖定這一弱點并準備付諸行動,通過限制臺積電阻斷華為獲得先進制程。為此,美國商務(wù)部專門針對海思和華為制定了出口管制及外國直接產(chǎn)品規(guī)則(FDPR),這條規(guī)則在商務(wù)部內(nèi)部有一個非正式的名字—— " 海思規(guī)則 "。

3 月 30 日,華為召開高層會議,討論一個生死命題,如果臺積電不再為華為造芯片,怎么辦?徐直軍說,會上做了一個決策,華為必須介入芯片制造環(huán)節(jié)。項目需要一個代號,有人提議以干將莫邪命名,叫 " 干將 ",任正非最終定下了 " 莫邪 "。

干將莫邪的故事里,莫邪是以身投爐鑄劍的人。何庭波就是華為的莫邪,要為華為鑄一把刺開芯片鐵幕的劍。

彼時,臺積電先進制程已推進至 5 納米,華為 Mate 40 是最后一代采用臺積電 5 納米工藝的產(chǎn)品,其余產(chǎn)品多為 7 納米及以上。而大陸方面,最先進的量產(chǎn)工藝僅到 14 納米,產(chǎn)能極為有限。

華為一度判斷,美國只會限制 14 納米及以下的先進制程。但 5 月 15 日 FDPR 制裁令落地,嚴苛程度遠超預(yù)期。"2020 年 5 月 15 日,是海思最黑暗的一天。" 徐直軍說," 他們不知道未來何去何從,未來還存在不存在。"

海思被制裁后,徐直軍給海思全體發(fā)了一封郵件,在做的產(chǎn)品繼續(xù)做好做完,未來的產(chǎn)品節(jié)奏放緩,但不停。有人問徐直軍,海思未來何去何從,他答道:" 海思在華為是成本中心,不要掙錢,只要華為活得下來,海思就會活得下來。"

以當(dāng)前的目光回溯過去,美國的所有動作都可以歸結(jié)為一件事,用時間困住華為,讓海思在制造端的代際競爭中失去時間,以不斷拉大的工藝代差令這家公司窒息。美國爭的是時間,而華為的反擊武器,恰恰也是時間,只不過是另一種維度的時間。

六年后,2026 年 5 月 25 日,何庭波站在上海 IEEE ISCAS 2026 的講臺上,發(fā)布了韜(τ)定律:以 " 時間縮微 " 替代摩爾定律的 " 幾何縮微 ",通過系統(tǒng)性壓縮信號傳播時延,在可獲得工藝基礎(chǔ)上造出有競爭力的芯片。

這是華為首次將六年芯片突圍的底層方法論公之于眾,也是徐直軍首次深度披露華為人與時間賽跑的過程。

反者道之動,弱者道之用,語出老子《道德經(jīng)》。當(dāng)事物發(fā)展到極致,就會向?qū)α⒚孓D(zhuǎn)變,剛強則易折,順勢而為才是 " 道 " 發(fā)揮作用的方式,想來應(yīng)該是華為芯片突圍之戰(zhàn)的最佳注腳。

華為曾經(jīng) " 硬剛 " 過,當(dāng)韜定律發(fā)布之后,行業(yè)驚奇地發(fā)現(xiàn),不硬剛的華為反而變得更加游刃有余。

走慣了的路,和被逼出來的路

人一旦沿一條路走慣了,換道是非常難的。半導(dǎo)體行業(yè)走了六十年的那條路叫摩爾定律,每 18 個月晶體管數(shù)量翻一倍,從大型機到智能手機,整個信息時代都建立在這條路徑之上。

但這條路越來越遍布荊棘和泥沼。經(jīng)濟層面,一片 300 毫米晶圓的生產(chǎn)成本 25 年間翻了 30 倍,設(shè)計一顆 2 納米芯片耗資高達 10 億美元,連臺積電都扛不住,已明確表態(tài)在 A12 節(jié)點之前不會導(dǎo)入 ASML 最新的 High NA EUV 光刻機,原因就是成本實在太高。

物理層面,28 納米之后,標(biāo)稱制程與晶體管真實尺寸已經(jīng)脫鉤," 幾納米 " 越來越像一個營銷概念。

摩爾定律的路走不動了,全球芯片廠商的足跡也很實誠地轉(zhuǎn)向。英偉達的 B200 和 B300 算力卡用的是臺積電 N4P 工藝,本質(zhì)上是 5 納米,并沒有急著往 2 納米遷移,而是用 CoWoS 封裝把多顆 Die 縫在一起,在系統(tǒng)層面堆性能。

英特爾、AMD 也走了類似的路—— 3D 封裝、Chiplet 架構(gòu)、多 Die 互聯(lián),都是在制程放緩之后尋找新的出口。IMEC 今年 5 月的路線圖里,先進封裝和異構(gòu)集成占比越來越大,整條產(chǎn)業(yè)鏈的敘事卻仍然錨定在 " 不斷推進制程 " 上。

但沒有一家公司愿意旗幟鮮明地站出來說,半導(dǎo)體行業(yè)需要一條新路。

每家芯片公司都在做韜定律所描述的事情的一部分,封裝、互聯(lián)、系統(tǒng)架構(gòu),卻沒有人把它提煉成一套貫穿全系統(tǒng)的方法論。零散的優(yōu)化和成體系的定律,是兩回事,因為它們?nèi)匀豢梢赃x擇最先進的工藝節(jié)點作為基礎(chǔ),設(shè)計壓力相對小,換道的意愿自然不夠徹底。

華為沒有這個選項。

" 我們真正幫助工藝往前走、對工藝有訴求的就幾顆芯片,一顆是手機 SoC,一顆是 PC 機、服務(wù)器的 CPU。一顆是 NPU/GPU。華為恰好這三顆芯片都做,而且是我們的主業(yè)。" 徐直軍說。華為不像蘋果可以用臺積電最新工藝,也不像英偉達在 GPU 賽道上獨占定價權(quán),手機、通信、計算三條戰(zhàn)線必須同時保持競爭力,而制裁把三條戰(zhàn)線的供給同時切斷了。

有人問徐直軍,做芯片幸不幸福。徐直軍答道," 我說一點都不幸福。因為都是別人干過的事,而且是干的別人十年前就干成的事情,誰愿意干?如果不是美國逼我們國家、我們公司、我們產(chǎn)業(yè)界,不可能要干一件這樣的事,但是也感謝美國,使得我們國家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈能夠真正地成長起來,現(xiàn)在勢頭好得很,大家都認可了,都很支持。"

如果華為未受制裁,大可以在全球頂尖技術(shù)和產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,做更具革命意義的創(chuàng)新。華為不愿意干,但又不得不干。EUV 光刻機看不到進口希望,基于 DUV 的工藝天花板肉眼可見,沿著幾何縮微追趕,代差只會越拉越大。

華為比全行業(yè)更早撞上了那堵墻,也因此成了那個被迫將零散的工程直覺,提煉成完整方法論的公司。

英偉達、AMD、英特爾的 Chiplet 和 3D 封裝,更多是在 " 堆疊 " 層面做文章,然后像樂高一樣拼在一起,簡單理解,兩個或者多個芯片已經(jīng)做好,通過封裝的形式連接在一起,從而增強性能。

華為沒有先進制程的余裕,只能在設(shè)計深度上比別人走得更深,走到了 " 邏輯折疊 " 層面,是把一顆芯片從底層折疊重新設(shè)計成兩層,這是一種完全不同層次的設(shè)計創(chuàng)新,也是韜定律區(qū)別于行業(yè)既有路徑的核心所在。

這就是韜定律映照出的行業(yè)現(xiàn)實,全球同行都在摸索后摩爾時代的路徑,但沒有誰比華為更迫切,因為沒有誰像華為一樣,既沒有退路,也沒有舒適區(qū)。

越走越寬的路,需要付出什么代價

被推上這條路的時候,沒有人知道能走多遠,更沒有人算得清要付出什么代價。

莫邪項目朝著兩個方向同時推進:一條推動國內(nèi)晶圓廠提升工藝能力,華為協(xié)助改進設(shè)備、調(diào)整工藝;另一條在芯片設(shè)計端找出路。

" 我們當(dāng)時一方面是推動國內(nèi)制造廠商的進步,另一方面在設(shè)計上找出路,因為制造能力是確定的,就這個水平。" 徐直軍說,海思的工作量不減反增,要把幾百顆在臺積電做過的芯片移植到國內(nèi)工藝節(jié)點,還要同時開發(fā)新品,做出來還得有競爭力,在市場上跟高通、蘋果、英偉達等正面交鋒。

代價首先是笨功夫。工程師們反復(fù)撞上同一個問題:工藝落后,怎么讓芯片不落后?

答案藏在一個被忽視了六十年的本征屬性里。摩爾定律關(guān)注空間,把晶體管做小,但 " 做小 " 只是手段,真正的目的是 " 做快 "??s短柵極長度,本質(zhì)上是在降低信號傳播的時間常數(shù) τ。

過去六十年,幾何縮微碰巧是降低 τ 最高效的手段,所以大家追著它跑。當(dāng)幾何縮微走不動了,降低 τ 的路徑并沒有被堵死。

路,就是從這里打開的。

韜定律的核心主張就此成形,以 " 時間縮微 " 替代 " 幾何縮微 ",作為半導(dǎo)體演進的新指導(dǎo)原則。一旦把度量衡從空間尺寸換成時間常數(shù),所有層級的工程師,做器件的、做電路的、做架構(gòu)的、做系統(tǒng)的,就有了統(tǒng)一的優(yōu)化語言,發(fā)力空間從一個維度擴展到十余個維度。

代價也是技術(shù)領(lǐng)域的硬骨頭。邏輯折疊,是這條路上必須啃下的第一個。

傳統(tǒng)的 3D 堆疊,兩顆芯片疊在一起,各自功能獨立,設(shè)計不耦合。邏輯折疊完全不同,它是一張平面電路被 " 撕開 "、" 折疊 " 成上下兩層,功能相互穿插、信號彼此依賴,單獨任何一層都無法工作。

效果是直觀的。折疊之后,兩個寄存器之間的距離從毫米級降到微米級,原本維持長距離信號傳輸?shù)?buffer 削減 50% 以上,這些 buffer 不貢獻任何用戶可感知的功能,純粹是為物理距離支付的隱形稅。

華為給出的數(shù)據(jù)顯示,CPU 主頻從 2.6GHz 提升到 3.1GHz,NPU 性能提升 1.4 倍,GPU 提升 30% – 40%,功耗大幅下降。

更關(guān)鍵的是,邏輯折疊不挑工藝。28 納米能用,7 納米能用,未來 3 納米同樣適用,兩層 Die 甚至可以采用不同工藝節(jié)點。" 但它不排斥幾何縮微," 徐直軍反復(fù)強調(diào)," 國內(nèi)的先進工藝不可能不向前走,肯定要向前走,但它每向前一步都能促進韜更好的結(jié)果,韜也可以基于先進工藝的進步帶來更好的結(jié)果。"

但最大的代價,是時間本身。邏輯折疊需要在 " 非連續(xù)空間 " 里重新布局布線,傳統(tǒng) EDA 工具根本做不了,海思花了幾年自研內(nèi)部工具才走到今天,幾萬名工程師在死胡同里摸了六年,才把這條路從一個想法變成 381 顆量產(chǎn)芯片。

路確實越走越寬了。沿著韜定律,華為在大規(guī)模 AI 算力集群的 τ 微縮,通過三個協(xié)同層實現(xiàn),系統(tǒng)互連結(jié)構(gòu) Unified Bus、近封裝光引擎 Hi-ONE,以及封裝本身的拓撲重組 3D Folding。

超節(jié)點架構(gòu)將多顆芯片以高速互聯(lián)組成一個邏輯上的 " 超級芯片 ",把時間縮微的邏輯從單顆芯片推向了整個計算系統(tǒng),在制程工藝差距導(dǎo)致芯片落后的情況下,AI 算力集群卻能反超英偉達。

還有專家預(yù)估,用相對成熟的工藝節(jié)點加上韜定律的全棧優(yōu)化,可以做出性能比肩 N3E 的芯片,成本低 30% 左右。這意味著華為可以在不獲取最先進制程的前提下,做出與蘋果 A19 同代際的產(chǎn)品。

付出了這些代價之后,依然有人質(zhì)疑:僅僅六年,韜定律憑什么叫定律?

" 摩爾定律是 1965 年 4 月份在《電子學(xué)》雜志上提出的,英特爾是三年之后才成立(1968 年)。‘黃氏定律’才剛剛提出來的,AI 才幾年,ChatGPT 出來才幾年?‘黃氏定律’,為什么用‘定律’不用‘定理’,它不是推導(dǎo)出來的,是總結(jié)出來的,沒有說要那么準確,不存在準確,只要是一個能夠適應(yīng)的規(guī)律就行了。"

" 創(chuàng)新是被逼出來的。" 他又補了一句," 當(dāng)先進工藝沒有辦法獲得的時候,人是活的,總得去找路,找就找到了這條路,找到路發(fā)現(xiàn)這條路還一直可以走下去。"

在華為內(nèi)部," 韜定律 " 也被稱為 " 何式定律 "。何庭波不必"以身殉劍",但這條路走了多遠、付出了多少,每個參與其中的人都清楚。

從活下來,到求發(fā)展

華為芯片這些年走過的路,先是活下來,然后是有質(zhì)量地活下來,現(xiàn)在是找到重回高峰的路徑。

活下來,是華為 2019 年到 2022 年的關(guān)鍵詞。制裁切斷供給,莫邪項目啟動,幾百顆芯片從臺積電遷移到國內(nèi)產(chǎn)線,Mate 60 回歸市場,證明華為還在。

2023 年初,徐直軍發(fā)表題為 " 奮勇前進,沖破險阻,有質(zhì)量地活下來 " 的新年致辭。有質(zhì)量地活下來,是 381 顆量產(chǎn)芯片支撐起來的。這些芯片覆蓋手機、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)等場景,每一顆都用了 " 何式定律 " 的思想,全部實現(xiàn)量產(chǎn)交付。

如今," ‘活下來’這個詞在我們的戰(zhàn)略里越來越少了。" 徐直軍說," 更多是怎么發(fā)展。現(xiàn)在來講有了‘何式定律’,至少未來是有路徑,能找到方案,能夠進一步有競爭力。然后我們也推動產(chǎn)業(yè)界、推動工藝的演進,向前走,相互促進,那我們心里就更踏實了。" 按路線圖,到 2031 年,基于 " 何式定律 " 的高端芯片晶體管密度將達到等效 1.4 納米制程水平。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從來都是生態(tài)型產(chǎn)業(yè),摩爾定律是全行業(yè)的定律," 何式定律 " 也不可能靠一家公司完成。邏輯折疊目前最大的瓶頸仍在 EDA 工具,其他設(shè)計公司哪怕理解了邏輯折疊的原理,現(xiàn)在也沒有工具去做。

徐直軍坦承,這也是華為選擇此時公開發(fā)布 " 何式定律 " 的主要原因," 我們一家不一定能玩得成,需要整個產(chǎn)業(yè)界參與進來,從學(xué)術(shù)界到 EDA 廠商到設(shè)計公司,大家共同來做,最終沿著這條路向前走,可能就走出了中國半導(dǎo)體的另外一條路。"

何庭波在 ISCAS 演講中也說:" 未來一定屬于開放合作,沒有一家企業(yè)可以獨自完成所有答案。"

華為的策略是用結(jié)果說話,讓生態(tài)自己長出來。

徐直軍并不打算去說服誰。" 如果說‘何式定律’真正有生命力,不用說服,自然而然就會發(fā)展起來。真有一天,就算是徹底把工藝開放了,可先進工藝貴呀,你現(xiàn)在說哪天美國徹底開放了,我們都可以到臺積電投片了,但是你要知道投一顆未來 2 納米的芯片多貴呀。如果企業(yè)用‘何式定律’,基于 7 納米就能做出來,成本還低,何樂而不為呢?所以關(guān)鍵是‘何式定律’的生命力到底如何,尤其是面向未來。"

真正的考驗還是時間。摩爾定律從 1965 年提出到成為行業(yè)共識,經(jīng)過了十年的反復(fù)驗證。" 何式定律 " 能走多遠," 未來是不是有生命力,那要未來五年、十年以后再倒過來看," 徐直軍說。

他頓了一下,但擲地有聲:" 華為公司的所有產(chǎn)品,都能基于大陸設(shè)計出來、造出來,還能規(guī)模供應(yīng)。我們真正實現(xiàn)了任總 2019 年講的徹底不依賴,不僅僅是美國。這一點也是中國產(chǎn)業(yè)界共同努力的結(jié)果,不是我們一家。"

2019 年那封郵件里寫道," 時間將會揭開虛偽的面具,陰霾過后陽光必定普照。" 七年過去,時間確實揭開了很多東西,揭開了摩爾定律的裂痕,揭開了制裁的真實意圖,也揭開了華為在絕境中走出的那條路。

不必神化 " 何式定律 ",也別急著否定它。時間會給出一切回答。(作者|張帥,編輯|蓋虹達)

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