25 мая 2026 года на конференции IEEE ISCAS 2026 президент полупроводникового подразделения Huawei Хэ Тинбо представила ключевую концепцию: Закон Тао (τ). τ, постоянная времени в теории цепей, определяет скорость переключения сигнала из одного состояния в другое. Это первый случай, когда китайская компания выдвинула новый принцип, направляющий развитие отрасли, в глобальной полупроводниковой сфере.
Что еще более важно, за последние шесть лет Huawei уже запустила в массовое производство 381 модель чипа, основанных на этом законе, охватывая ключевые сценарии, такие как беспроводные базовые станции, AI-инференс (AI inference), сетевые процессоры. Это не план на бумаге, а уже проторенный путь. Ожидается, что к 2031 году высокопроизводительные чипы на основе закона τ смогут достичь уровня, эквивалентного 1,4-нм техпроцессу, и в долгосрочной перспективе сохранят конкурентоспособность по сравнению с основными международными направлениями развития.
Сейчас эта греческая буква тихо меняет структуру ценности полупроводниковой отрасли и выводит EDA из тени на передний план.
Чтобы понять, что закон τ принесет индустрии EDA, сначала нужно разобраться, что же это такое.
«Временное масштабирование» только началось, на что опирается закон τ?
Закон Мура был предложен в 1965 году соучредителем Intel Гордоном Муром. Он гласит, что количество транзисторов, размещаемых на интегральной схеме, удваивается примерно каждые 18–24 месяца, в то время как производительность растет, а стоимость снижается.
За последние полвека эта логика эффективно работала, поддерживая развитие ПК, интернета, смартфонов и вплоть до сегодняшнего искусственного интеллекта. Вокруг нее сформировался слаженный ритм индустрии — литография, материалы, проектирование, все звенья совместно продвигались по пути миниатюризации. Однако около 2000 года десятки фабрик могли использовать самые передовые техпроцессы, а к 2025 году их число резко сократилось до трех: TSMC, Samsung и Intel, причем цена одной кремниевой пластины 2нм от TSMC даже превышает 30 000 долларов США.
Можно сказать, что дивиденды от закона Мура постепенно исчерпываются. В настоящее время отрасль исследовала несколько технологических путей, включая «Закон Хуана», предложенный генеральным директором NVIDIA Дженсеном Хуангом, концепцию «More than Moore» (Больше, чем Мур) от International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), а также технологии Chiplet и передовой упаковки, продвигаемые AMD и TSMC. Среди них Закон Хуана подчеркивает ежегодное удвоение производительности AI-инференса на одном GPU-чипе, но все же зависит от итераций техпроцесса и наращивания ядер, что в целом продолжает идею геометрического масштабирования. «More than Moore» добавляет ценность за счет интеграции аналоговых/радиочастотных/сенсорных функций, но не решает напрямую проблему «стены задержек» в цифровой логике. Chiplet, хотя и смягчает проблемы выхода годных изделий и стоимости за счет «сборки блоков», вводит множество задержек межкристальных соединений, что в некоторых сценариях, критичных к задержкам, может стать узким местом.
Большинство этих решений по-прежнему следуют идее «геометрического масштабирования» или функционального наложения, что коренным образом отличается от закона τ.
Суть закона τ заключается в замене «геометрического масштабирования» на «временное масштабирование»; это целостная система оптимизации, пронизывающая четыре уровня: устройство, цепь, чип и система. Он подходит для масштабного повышения производительности на системном уровне, особенно обладая преимуществами в сценариях AI и гетерогенных вычислений.
Хэ Тинбо подробно объяснила: На уровне устройств путем оптимизации сопротивления транзисторов и межсоединений, а также паразитных емкостей максимально сокращается постоянная времени τ на физическом низком уровне. На уровне цепей с помощью технологии логического сворачивания преодолеваются физические границы традиционной плоской компоновки, значительно сокращается длина трасс критических путей и эффективно снижается нагрузка по сопротивлению и емкости при распространении сигнала, что значительно повышает плотность транзисторов и производительность цепи. На уровне чипа через полностековое совместное проектирование «программного обеспечения, архитектуры, чипа» на основе реальных рабочих нагрузок реализуется детализированное управление потоком команд и потоком данных, повышается параллелизм и эффективность на системном уровне, значительно сокращается сквозное время выполнения. На системном уровне определяется шина «Линцюй», перестраивается протокол межсоединений вычислительной системы, реализуется унифицированная адресация памяти для сверхузлов и нативная семантика памяти, что значительно снижает задержку системной коммуникации.
По сравнению с этим закон τ более точно соответствует основной сущности вычислительной мощности чипа: ключевая функция чипа — обработка информации, конечные пользователи также больше заинтересованы в задержках обработки информации, а не в количестве транзисторов или размерах техпроцесса. Этот закон предоставляет для проектирования чипов совершенно новый технологический путь, не зависящий от простого масштабирования техпроцесса, то есть даже без использования передового литографического оборудования можно создавать чипы с удовлетворительной общей производительностью. Поэтому он не противоречит закону Мура, они совместимы друг с другом. Можно представить это так: закон Мура — это постоянно рисовать более мелкую сетку на плоскости, а закон τ — складывать бумагу, используя трехмерное пространство для сокращения пути сигнала.
Стоит отметить, что для реализации каждого уровня закона τ требуется ключевая роль — EDA. Она перестала быть традиционным «инструментом для рисования» и стала центральной нервной системой, превращающей «временное масштабирование» из теории в реальный чип.
В статье Huawei показано, что в рамках технологического пути используются три сосуществующие технологии: передовая упаковка Chiplet (чиплет), трехмерные интегральные схемы (3DIC) и логическое сворачивание (Logic Folding), при этом на уровне вертикальной интеграции осуществляется реорганизация и оптимизация разной степени детализации. К 2035 году планируется повысить степень интеграции аппаратного обеспечения более чем в 100 раз, при этом тремя основными вызовами являются: разрыв в инструментальных цепочках EDA, отклонения между процессами на разных пластинах, закон сохранения энергии.
Эндрю Б. Канг, заслуженный профессор кафедр компьютерных наук и инженерии, а также электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, также отметил, что после ослабления «попутного ветра», принесенного традиционным «законом Мура», эти фундаментальные цели в EDA и физическом проектировании станут еще более важными.
Таким образом, EDA снова оказалась в центре игрового стола.
Какие новые требования закон Тао (τ) предъявляет к EDA?
Что касается новых требований, которые закон τ предъявляет к инструментам EDA, а также существующих недостатков традиционных инструментов EDA, автор обсудил эти вопросы с практикующими специалистами отрасли.
Во-первых, отсутствие возможностей нативного истинного 3D-проектирования и межслойной совместной оптимизации, важность STCO становится очевидной.
Во-первых, Пекинский университет отмечает, что традиционный процесс 2D-проектирования и даже нынешний основной процесс «псевдо-3D» — когда после синтеза каждый модуль сразу «закрепляется» на определенном кристалле, а затем для каждого кристалла реализация осуществляется с помощью 2D-инструментов EDA, — не позволяют осуществлять гибкое распределение ячеек между слоями на уровне ячеек.
Нативные 3D-инструменты EDA объединяют несколько кристаллов в единое трехмерное пространство проектирования, поддерживают свободное размещение стандартных ячеек между кристаллами, а также реализацию межкристальной логической реконфигурации и глобальной оптимизации, что обеспечивает ключевую поддержку для перехода технологии логического сворачивания от концепции проектирования к физической реализации.
Процесс «псевдо-3D» (pseudo-3D) vs процесс «истинный 3D» (true-3D). Источник: Пекинский университет
Кроме того, также недостаточно возможностей межслойной совместной оптимизации. Компания Xpeedic сообщила изданию «Полупроводниковая индустрия: вертикальный взгляд», что Chiplet, 3DIC и Logic Folding представляют собой реализации разной степени детализации на одной линии вертикальной интеграции.
Chiplet на уровне упаковки объединяет гетерогенные кристаллы в 2,5D или 3D формате, через стандарты межсоединений, такие как UCIe, перемещает коммуникации, которые изначально были внутри однокристальной системы (SoC), между кристаллами, обменивая модульность на выход годных изделий и гибкость. 3DIC идет дальше, вводя между кристаллами высокоплотные TSV и гибридную стыковку, вертикально накладывая логические, запоминающие и аналоговые функции в одном корпусе, сокращая расстояние соединений с миллиметрового до микрометрового уровня. Logic Folding делает еще один шаг — он устанавливает не соединения между кристаллами, а вертикально разделяет и перераспределяет «внутреннюю логику самого одного чипа» на уровне активных слоев, позволяя интерфейсу гибридной стыковки, как дополнительному металлическому слою, непосредственно участвовать в оптимизации временных характеристик критических путей.
Эти три технологии не являются заменой друг другу, а сосуществуют и накладываются в системе передовой упаковки. Это наложение создает фундаментальную инженерную проблему проектирования: когда один корпус одновременно включает межкристальные соединения UCIe для Chiplet, межслойную гибридную стыковку 3D и сворачивание критических путей с Logic Folding внутри кристалла, границы анализа целостности сигнала, целостности питания, теплового распределения и механических напряжений уже не могут быть замкнуты отдельно ни на одном уровне.
Концепция STCO (совместная оптимизация системных технологий) была предложена как раз для методологического устранения этой разобщенности. Она требует рассматривать логическую архитектуру, физическое расположение, многополя, структуру упаковки и даже рабочие нагрузки как единое пространство проектирования для совместного поиска оптимизации междисциплинарно и между уровнями абстракции. И именно этой возможности в наибольшей степени не хватает в самой основе текущей инструментальной цепочки EDA.
Во-вторых, отсутствие связи множественных физических полей.
Это один из самых скрытых и ключевых недостатков традиционных инструментов EDA. В эпоху однокристальных схем анализ электропитания, тепловое моделирование и расчет напряжений относились к независимым инструментальным цепочкам, каждая со своим моделированием, решением и подписанием. Однако в условиях трехмерной упаковки эта модель перестает полностью работать. После вертикальной интеграции нескольких кристаллов плотность мощности многократно возрастает, пути теплоотвода становятся сильно асимметричными, разница температур между слоями увеличивается. Вызванное этим рассогласование теплового расширения передается через интерфейсы микропаек и гибридной стыковки в упакованной структуре, создавая как отклонения в электрических характеристиках устройств, так и проблемы механической надежности.
Какие возможности необходимо восполнить компаниям-производителям EDA?
В настоящее время отечественные компании EDA в основном сосредоточены на точечных прорывах, преодолевая трудности в своих узкоспециализированных областях. От аналогового моделирования до физической верификации, от повышения выхода годных изделий до проектирования топологии, ряд выдающихся отечественных компаний EDA уже сформировал применимые и конкурентоспособные точечные инструменты во многих звеньях.
Например, Empyrean Technology является одной из первых компаний в Китае, занимающихся разработкой EDA. Empyrean Technology, основываясь на аналоговой EDA, постепенно расширяется в области цифровых технологий, передовой упаковки и других направлений, стремясь создать полную инструментальную цепочку. Primarius Technologies идет по пути «проникновения в основы», она не делает полную цепочку напрямую, а упорно занимается моделированием устройств и моделированием цепей. Hejian Industrial Software является лидером в области цифровой EDA в Китае, представляет полный процесс/платформенный тип. Xpeedic выбирает самое сложное — «этап подписания». Xpeedic Semiconductor специализируется на «передовой упаковке». GigaDevice делает акцент на повышении выхода годных изделий, это единственная компания, способная сформировать полный цикл через «сбор данных оборудованием + анализ данных программным обеспечением».
Закон τ способен стимулировать переход отечественной EDA от «локализации точечных инструментов» к промышленной программной базе, характеризующейся «полным процессом, межслойностью, сильной совместной работой». Это означает, что инструментальная цепочка EDA больше не будет выполнять лишь вспомогательные функции, такие как рисование схем, проектирование топологии и верификация на этапе после проектирования, а должна быть полностью встроена во все ключевые процессы, включая моделирование устройств, построение PDK, моделирование цепей, извлечение паразитных параметров, анализ временных характеристик и энергопотребления, физическую верификацию, передовую упаковку и системную совместную оптимизацию.
26 мая Институт интегральных схем Пекинского университета объявил о ключевом прорыве в разработке прототипа инструмента EDA «истинный 3D» для нужд логического сворачивания в соответствии с законом Тао. Этот инструмент поддерживает совместную оптимизацию в полном трехмерном пространстве, свободное распределение логики между кристаллами и совместную тепловую оптимизацию, может охватывать проектирование с десятками миллионов экземпляров. По сравнению с традиционным «псевдо-3D» инструмент EDA «истинный 3D» от Пекинского университета демонстрирует: среднее сокращение длины трасс примерно на 30%; улучшение WNS примерно на 6%, TNS примерно на 12%; снижение пиковой температуры более чем на 3%. В настоящее время инструмент уже прошел промышленную проверку проектирования, в дальнейшем будет расширяться на сценарии упаковки нескольких кристаллов и гетерогенной интеграции, восполняя ключевые звенья проектирования 3D-чипов.
В тот же день инвесторы на интерактивной платформе спросили Empyrean Technology: на фоне эпохи после Мура в отрасли считается, что важность EDA эволюционирует от традиционных инструментов проектирования к «платформе оптимизации производительности на системном уровне». Как компания рассматривает стратегическую ценность EDA в будущем в совместной работе логического сворачивания, оптимизации временных характеристик и нескольких чипов?
Empyrean Technology впоследствии ответила: компания предвидела, что современные чипы AI, GPU, памяти и другие, опираясь на технологию 3DIC, преодолевают узкие места передовых техпроцессов и вычислительной мощности эпохи после Мура, и заранее заложила основы в области EDA для проектирования 3DIC, создав полное решение, охватывающее весь процесс от совместного проектирования гетерогенных интегральных трехмерных чипов до верификации, восполнив пробел в отечественных высокоуровневых инструментах проектирования 3DIC, являясь единственным в Китае поставщиком полного процесса EDA для проектирования и верификации 3DIC. Компания выпустила первую в отраleading платформу физической верификации Argus 3DIC, которая полностью поддерживает проектирование гетерогенных интегральных упаковок 2,5D/3D, позволяет осуществлять полную цепочку физической верификации от совместного проектирования 3DIC до упаковки.
Таким образом, постепенно вырисовывается путь от теоретического направления закона τ, через определение системной архитектуры, до восполнения отечественной инструментальной цепочки EDA. В ближайшие годы компании, которые первыми предложат прошедшие промышленную проверку замкнутые решения в области сходимости временных характеристик при логическом сворачивании, подписания для 3D-многополя и полностековой совместной работы STCO, смогут занять более активную позицию в тренде «временного масштабирования». Для отечественной EDA это, возможно, предоставляет окно возможностей для перехода от догоняющего развития точечных инструментов к построению полностековых возможностей — перестать довольствоваться лишь «применимостью», а непрерывно эволюционировать в сторону полной «удобности использования».
Эта статья взята из официального аккаунта WeChat «Полупроводниковая индустрия: вертикальный взгляд» (ID: ICViews), автор: Фэн Нин
