更新时间:2026-05-27 16:21:03点击:

当代科技发展前沿案例:技术进化超域态
——芯片制造从摩尔定律到“韬(τ)定律”
贾杲(西沐)
内容提要:2026年5月25日,华为在IEEE国际电路与系统研讨会上正式提出"韬(τ)定律",以"时间缩微"替代传统"几何缩微"作为半导体产业全新演进核心逻辑,标志着芯片制造技术从摩尔定律的单域进化阶段进入了超域进化的新时代。本文基于技术进化论的"技术域—技术理解—技术生态"分析框架,系统探讨了芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的演化过程。研究表明:摩尔定律在经历半个多世纪的辉煌后,因物理极限和经济极限的双重约束出现技术分叉;韬定律的提出本质上是技术理解从"原理性理解主导"向"结构性理解与功能性理解协同主导"的范式转变;新范式的成功与否关键在于能否建立起包含产业链上下游、标准体系、人才资本在内的完整技术生态;芯片制造技术进入超域状态后,不再单纯依赖制程微缩的单一路径,而是通过器件、电路、芯片、系统全层级的融合迭代实现持续进化。韬定律与摩尔定律之间的进化关系,是技术进化论不可多得的研究案例,揭示了技术进化发展到超域状态时,融合机制取代线性累积机制成为核心动力的客观规律,为中国突破"卡脖子"技术瓶颈、实现高水平科技自立自强提供了重要的理论指导和实践启示。
关键词:技术进化论;超域态;摩尔定律;韬定律;技术域;技术理解;技术生态
引言
自1965年戈登·摩尔提出著名的摩尔定律以来,半导体产业在这一"金科玉律"的指引下,经历了半个多世纪的指数级增长,推动了信息技术革命的全面爆发,深刻改变了人类的生产方式、生活方式和思维方式。然而,随着硅基工艺节点向亚纳米时代挺进,基于"几何缩微"的单向演进路径正面临严峻的物理极限和经济效益双重挑战。量子隧穿效应导致的漏电与发热失控、先进制程成本的指数级飙升、性能提升边际收益的持续递减,使得摩尔定律逐渐走到了尽头。
在这一行业背景下,全球半导体产业界和学术界开始积极探索后摩尔时代的技术演进新路径。2026年5月25日,华为公司董事、半导体业务部总裁何庭波在上海举行的IEEE国际电路与系统研讨会上,发表了题为《半导体新路径探索与实践》的主旨演讲,正式推出"韬(τ)定律"。该定律提出,以"时间(τ)缩微"改写传统"几何缩微"作为半导体产业全新演进核心逻辑,通过逻辑折叠等创新技术,持续压缩信号传播时延,不断提升晶体管密度,从而实现半导体与电子系统的持续演进。
韬(τ)定律的提出,不仅为陷入困境的全球半导体产业开辟了一条全新的发展道路,更为技术进化论提供了一个极具价值的当代研究案例。在技术进化论认为,技术进化以"技术域"为基本单位,通过"域内进化"和"域间进化"两种方式展开,当多个技术域深度融合形成能够重塑整个社会经济形态的通用技术域时,技术进化就进入了"超域状态"。芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的转变,正是技术进化从单域态向超域态跃迁的典型表现。
本文旨在运用技术进化论的分析框架,系统研究芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的演化过程,深入探讨技术环境变化、技术理解范式转变与技术生态重构之间的辩证关系,揭示技术进化超域状态的本质特征和内在机制。这一研究不仅有助于丰富和发展技术进化理论,更为科技哲学介入当代科技发展提供了现实切口,同时为中国在半导体领域实现从"跟跑"到"并跑"再到"领跑"的跨越提供了重要的理论支撑和实践指导。
一、摩尔定律轨道上的芯片制造技术出现分叉
1、摩尔定律的技术域特征与历史贡献
摩尔定律于1965年由英特尔联合创始人戈登·摩尔首次提出,其核心内容是:集成电路上可容纳的晶体管数量大约每18-24个月翻一番,同时芯片性能提升一倍,单位晶体管成本下降一半。在过去的半个多世纪里,摩尔定律不仅是一个技术预测,更成为了整个半导体产业的发展纲领和商业模式基础,塑造了全球信息技术产业的格局。
从技术进化论的视角来看,摩尔定律定义了一个完整的"半导体制造技术域"。这一技术域具有以下几个显著特征:
第一,单一核心驱动机制。摩尔定律下的半导体技术进化以"几何缩微"为单一核心驱动机制,即通过不断缩小晶体管的物理尺寸,在单位面积芯片上集成更多的晶体管,从而实现性能的提升和成本的下降。这一机制贯穿了从90纳米到3纳米的整个制程演进过程,成为了产业界共同遵循的技术路线图。
第二,清晰的技术演进路径。在摩尔定律的指引下,半导体技术的演进路径非常清晰,每一代制程节点的技术指标、研发周期和投资规模都有明确的预期。这种可预测性使得产业链上下游企业能够提前布局,协同发展,形成了高度专业化和分工明确的全球半导体产业体系。
第三,显著的规模经济效应。摩尔定律的成功很大程度上依赖于规模经济效应。随着制程节点的进步,虽然研发和建厂成本不断上升,但由于单位晶体管成本的持续下降,大规模生产仍然能够带来可观的经济效益。这种规模经济效应使得只有少数几家企业能够承担起先进制程的研发和生产任务,形成了台积电、三星、英特尔三足鼎立的市场格局。
摩尔定律的历史贡献是不可磨灭的。它推动了半导体技术的飞速发展,使得计算机从昂贵的科研设备变成了普及的个人消费品,催生了互联网、移动通信、人工智能等一系列新兴产业,深刻改变了人类社会的面貌。据统计,在摩尔定律的指引下,过去50年里,芯片的性能提升了超过10亿倍,而单位计算成本下降了超过1000万倍,这是人类历史上任何其他技术领域都无法比拟的成就。
2、摩尔定律面临的物理极限与经济极限
任何技术域的进化都有其生命周期。当技术发展接近其物理极限和经济极限时,原有的进化路径就会变得不可持续,技术域就会进入成熟分叉态。摩尔定律目前正处于这样一个关键的历史转折点。
首先,摩尔定律面临着严峻的物理极限。随着晶体管尺寸不断缩小,量子效应开始显现,给芯片的设计和制造带来了巨大的挑战。当晶体管的栅极长度缩小到5纳米以下时,量子隧穿效应变得非常显著,电子会不受控制地穿过绝缘层,导致芯片漏电增加、功耗上升、性能不稳定。此外,随着晶体管尺寸接近原子级别,材料的物理和化学性质也会发生变化,传统的硅基材料已经难以满足进一步微缩的要求。根据国际半导体技术路线图(ITRS)的预测,硅基晶体管的物理极限大约在1纳米左右,再往下微缩将变得非常困难甚至不可能。
其次,摩尔定律面临着日益严重的经济极限。随着制程节点的进步,芯片的研发和制造成本呈指数级增长。建设一座3纳米晶圆厂的投资已经超过200亿美元,而一座2纳米晶圆厂的投资更是接近300亿美元。同时,芯片的设计成本也在急剧上升,设计一颗2纳米芯片的成本已经超过10亿美元。更为严重的是,单位晶体管成本的下降趋势已经开始放缓甚至逆转。根据台积电公布的价格信息,2纳米工艺的晶圆价格将比3纳米工艺上涨超过50%,这意味着在2纳米节点,每晶体管的成本将首次出现上升。这种成本的急剧上升使得越来越多的企业无法承担先进制程的研发和生产费用,全球能够跟进最先进工艺的玩家已经从几十家减少到了三四家。
最后,摩尔定律还面临着功耗墙和内存墙的挑战。随着芯片上集成的晶体管数量越来越多,芯片的功耗也在急剧上升,散热问题成为了制约芯片性能提升的重要瓶颈。同时,处理器性能的提升速度远远超过了内存访问速度的提升速度,数据在处理器和内存之间的传输延迟成为了限制系统性能的主要因素,这就是所谓的"内存墙"问题。这些问题都无法通过单纯的制程微缩来解决,需要从系统架构层面进行创新。
3、 技术分叉的表现形式与内在逻辑
在物理极限和经济极限的双重约束下,摩尔定律轨道上的芯片制造技术开始出现明显的分叉。这种技术分叉主要表现在以下几个方面:
第一,制程微缩的速度明显放缓。传统上,半导体产业每两年就会推出一代新的制程节点,但近年来,制程节点的更新周期已经延长到了2.5-3年。例如,台积电的3纳米工艺从2022年开始量产,而2纳米工艺预计要到2025年才能量产,更新周期延长了近一年。同时,每一代制程节点的性能提升幅度也在不断下降,从原来的40%左右下降到了现在的20%左右。
第二,3D堆叠技术成为延续摩尔定律的重要手段。为了在不缩小晶体管尺寸的情况下继续提升芯片的集成度和性能,3D堆叠技术应运而生。3D堆叠技术通过垂直堆叠多个芯片或芯片层,缩短了信号传输路径,提高了互连密度,从而实现了系统级性能的提升。目前,3D堆叠技术已经在高带宽内存(HBM)、处理器芯片等领域得到了广泛应用。例如,AMD的3D V-Cache技术通过在处理器上堆叠额外的缓存芯片,显著提升了处理器的游戏性能。
第三,Chiplet(芯粒)架构成为主流设计方向。Chiplet架构将一颗大芯片拆分成多个小芯片(芯粒),然后通过先进封装技术将它们集成在一起。这种架构具有设计周期短、成本低、良率高、灵活性强等优点,能够有效应对先进制程成本上升的挑战。目前,英特尔、AMD、苹果等公司都已经推出了基于Chiplet架构的处理器产品,Chiplet已经成为了后摩尔时代芯片设计的主流方向。
第四,异构计算成为提升系统性能的关键途径。异构计算是指在一个系统中集成不同类型的处理器,如CPU、GPU、FPGA、ASIC等,根据不同的任务需求分配相应的计算资源,从而实现系统性能的最大化。在人工智能、大数据等应用场景中,异构计算已经展现出了巨大的优势。例如,NVIDIA的GPU已经成为了人工智能训练和推理的首选平台,其性能远远超过了传统的CPU。
从技术进化论的角度来看,芯片制造技术出现分叉的内在逻辑是:当一个技术域发展到成熟阶段,其核心技术路线接近物理极限和经济极限时,技术进化的动力就会从单一的线性累积转向多元化的探索和创新。在这个阶段,原有的技术范式已经无法满足社会对技术性能和成本的需求,新的技术范式开始萌芽和发展,最终将取代旧的技术范式,引领技术进入一个新的进化阶段。
二、“韬(τ)定律”:技术理解进入一个新的范式
1、 “韬(τ)定律”的学术定义与核心内涵
韬(τ)定律是华为基于长期半导体技术攻坚与产业实践,于2026年5月25日在IEEE国际电路与系统研讨会正式提出的后摩尔时代半导体与电子系统演进新范式、新规律。从科技哲学与技术进化理论视角可给出规范化学术定义:所谓韬定律,是指在半导体几何微缩趋近物理极限与经济极限的背景下,以“时间缩微”替代传统“几何缩微”为核心演进逻辑,以系统性降低电路时间常数τ为根本目标,通过器件、电路、芯片、系统全层级协同优化,依托逻辑折叠、架构重构、先进集成、全栈协同等创新技术,持续压缩信号传播与切换时延,在不依赖极致光刻微缩的条件下,同步实现晶体管等效密度、芯片性能、系统能效的迭代跃升,推动半导体技术体系从空间尺度竞争转向时间尺度优化的全新进化规律。
从词源与内涵来看,“韬”取自希腊字母τ(tau),在电路理论中表征时间常数,是信号状态切换、链路传播延迟的核心量化指标;同时兼具“韬光养晦、厚积薄发”的发展意蕴,表征后封锁时代中国半导体技术立足积累、范式创新、稳步迭代的发展路径。区别于摩尔定律单一的空间微缩逻辑,韬定律构建了时间维度优先、全系统协同、多技术融合的新型技术进化范式,彻底重构了后摩尔时代半导体技术的评价体系、创新路径与演进节奏。其本质不是对摩尔定律的否定,而是对单一空间进化路径的范式超越与体系升级,是技术进化进入复合型、系统性、超域化阶段的标志性规律。
具体来说,韬定律的核心内涵包括以下几个方面:
第一,核心指标从“晶体管密度”转向“时间常数τ”。在摩尔定律下,衡量芯片先进程度的核心指标是晶体管密度,即单位面积芯片上集成的晶体管数量。而在韬定律下,核心指标变成了时间常数τ,即信号在电路中传播的延迟时间。τ越小,电路切换越快,系统性能越好。这一转变意味着半导体产业的评价体系发生了根本性的变化,不再单纯追求晶体管尺寸的缩小,而是更加注重系统级的性能优化。
第二,全层级协同优化的技术路线。韬定律不是单一技术的突破,而是一套贯穿器件、电路、芯片、系统四个层级的完整技术体系。在器件层面,通过优化晶体管和互连电阻及寄生电容,从物理底层最大限度缩微器件级时间常数τ;在电路层面,通过逻辑折叠技术突破传统平面布局的物理边界,显著缩短关键路径的走线长度;在芯片层面,通过3D堆叠和Chiplet技术实现异构集成,提高芯片的整体性能;在系统层面,通过优化数据流和任务调度,减少数据传输和处理的延迟。
第三,逻辑折叠技术是核心创新点。逻辑折叠技术是华为在韬定律中提出的一项关键创新技术。与传统的3D堆叠技术不同,逻辑折叠不是将做好的芯片一颗颗叠上去,而是在设计阶段就把一颗芯片内部的逻辑分到多个垂直层上,精细到门级和触发器级。这种技术能够大幅缩短信号的物理传输距离,显著降低信号传播的电阻和电容负载,从而实现晶体管密度和电路性能的双重提升。据华为介绍,基于逻辑折叠技术,在相同的制程工艺下,芯片的性能可以提升30%以上,功耗可以降低20%以上。
第四,不依赖最先进光刻工艺的演进路径。韬定律的一个重要意义在于,它为半导体产业提供了一条不依赖最先进光刻工艺的演进路径。传统的摩尔定律高度依赖EUV光刻机等稀缺设备,而韬定律则更加注重架构创新和系统优化,能够在成熟制程工艺的基础上实现性能的持续提升。这对于那些无法获得最先进光刻设备的国家和企业来说,具有特别重要的意义,为它们突破技术封锁、实现半导体产业的自主发展提供了可能。
2、 技术理解的三层递进与范式转变
在技术进化论中,技术进化本质上是人类对技术理解不断深化的过程。技术理解分为三个不可逾越的递进层次:原理性理解、结构性理解和功能性理解。原理性理解是对技术背后底层科学原理、自然规律的根本性把握;结构性理解是对技术系统内部各要素之间的连接方式、运行机制和整体架构的认识;功能性理解是对技术在不同应用场景中的功能、价值和使用方式的开发与拓展。
从技术理解的角度来看,摩尔定律和韬定律代表了两种不同的技术理解范式:
摩尔定律范式:原理性理解主导的线性进化。在摩尔定律时代,技术进化主要由原理性理解主导。半导体产业的发展建立在固体物理学、量子力学等基础科学理论的基础之上,每一次制程节点的进步都依赖于对半导体物理原理的深入理解和应用。例如,从平面晶体管到FinFET晶体管再到GAAFET晶体管的演进,都是基于对晶体管工作原理的不断深化理解。在这个阶段,技术进化呈现出明显的线性特征,即沿着"缩小晶体管尺寸→提高晶体管密度→提升芯片性能"的单一方向前进。
韬(τ)定律范式:结构性理解与功能性理解协同主导的融合进化。随着摩尔定律接近物理极限,单纯依靠原理性理解的突破已经难以推动技术的持续进步。在这种情况下,技术理解的重心开始向结构性理解和功能性理解转移。韬定律正是这种范式转变的集中体现。它不再单纯追求晶体管物理尺寸的缩小,而是通过优化技术系统的结构和功能,实现系统级性能的提升。例如,逻辑折叠技术是对电路结构的创新,Chiplet架构是对芯片系统结构的创新,而异构计算则是对计算系统功能的优化。在这个阶段,技术进化呈现出融合性、系统性和多元化的特征,不同技术领域之间的交叉融合成为了创新的主要源泉。
技术理解范式的转变具有深刻的哲学意义。它表明,技术进化不是一个单纯的客观过程,而是人类主体与技术客体相互作用的结果。当技术发展接近其物理极限时,人类的主观能动性就会发挥更加重要的作用,通过创新的思维和方法,突破原有的技术范式,开辟新的技术发展道路。同时,这种范式转变也意味着技术评价标准的变化,从单纯的技术指标转向更加综合的系统性能、成本效益和社会价值。
3、"时间缩微"替代"几何缩微"的哲学意义
韬(τ)定律提出以"时间缩微"替代"几何缩微"作为半导体产业的核心演进逻辑,这不仅是技术路线的转变,更是一种哲学层面的变革,具有深远的理论意义和现实意义。
首先,"时间缩微"体现了对技术本质的重新认识。传统的技术观往往将技术视为一种改造自然的工具,强调对空间的征服和占有。摩尔定律的"几何缩微"正是这种技术观的体现,它通过不断缩小晶体管的物理尺寸,在有限的空间内容纳更多的功能。而"时间缩微"则将关注的重点从空间转向了时间,强调通过提高时间的利用效率来实现技术的进步。这种转变反映了人类对技术本质认识的深化,即技术不仅是对空间的改造,更是对时间的压缩和优化。在信息时代,时间已经成为了最宝贵的资源,谁能够更有效地利用时间,谁就能够在竞争中占据优势。
其次,"时间缩微"突破了线性思维的局限,体现了系统思维的胜利。摩尔定律的"几何缩微"是一种典型的线性思维方式,它认为技术进步是一个连续的、渐进的过程,只要沿着既定的方向不断努力,就能够实现持续的发展。而"时间缩微"则是一种系统思维方式,它认为技术系统是一个由多个相互关联的要素组成的有机整体,技术进步不是单一要素的线性改进,而是整个系统的协同优化。韬定律通过在器件、电路、芯片、系统全层级进行协同优化,实现了系统性能的整体提升,这正是系统思维在技术领域的成功应用。
再次,"时间缩微"为技术发展提供了更加广阔的空间。"几何缩微"受到物理极限的严格限制,其发展空间是有限的。而"时间缩微"则几乎没有物理极限,因为时间的优化是一个永无止境的过程。随着技术的不断进步,人类对时间的利用效率将会不断提高,从而推动技术持续向前发展。例如,在器件层面,我们可以通过开发新的材料和器件结构来进一步降低器件的时间常数;在系统层面,我们可以通过优化算法和软件来进一步提高系统的运行效率。因此,韬定律为半导体产业的长期发展提供了一条可持续的路径。
最后,"时间缩微"体现了以人为本的技术发展理念。技术发展的最终目的是为了满足人类的需求,提高人类的生活质量。"时间缩微"通过压缩信号传播延迟和数据处理时间,使得计算机系统能够更快地响应用户的需求,提供更加流畅和高效的服务。例如,在自动驾驶领域,更低的延迟意味着更高的安全性;在远程医疗领域,更低的延迟意味着更好的诊疗效果。因此,韬定律的提出,体现了技术发展回归以人为本的根本宗旨。
三、新范式的发展关键是建立自身的技术生态
1、技术生态的构成要素与演化规律
在技术进化论中,技术进化不仅是技术自身的发展过程,更是技术生态系统的演化过程。技术生态是指由技术系统、技术主体、技术环境以及它们之间的相互关系所构成的有机整体。一个健康的技术生态系统是技术持续进化的必要条件,特别是当技术进入新的范式阶段时,建立起与之相适应的技术生态系统就成为了新范式能否成功的关键。
一个完整的技术生态系统通常包括以下几个核心构成要素:
第一,核心技术体系。核心技术体系是技术生态系统的基础和核心,它包括一系列相互关联、相互支撑的技术集群。在半导体技术生态中,核心技术体系包括芯片设计技术、芯片制造技术、封装测试技术、材料设备技术等。这些技术之间相互依存、相互促进,共同构成了半导体技术的完整产业链。
第二,创新主体网络。创新主体网络是技术生态系统的活力源泉,它包括企业、高校、科研机构、政府等多个创新主体。企业是技术创新的主体,负责将技术成果转化为产品和服务;高校和科研机构是基础研究和前沿技术研究的主力军,为技术创新提供理论基础和技术储备;政府则通过制定政策、提供资金支持、建设基础设施等方式,为技术创新创造良好的环境。
第三,标准与规范体系。标准与规范体系是技术生态系统运行的规则和保障,它包括技术标准、行业规范、知识产权制度等。统一的技术标准能够促进不同企业之间的互联互通和协同创新,降低交易成本,提高产业效率;完善的知识产权制度能够保护创新者的合法权益,激励创新主体的积极性。
第四,人才与资本支撑体系。人才和资本是技术生态系统发展的重要支撑。高素质的人才队伍是技术创新的根本保障,没有足够的人才,任何技术创新都无从谈起;充足的资本投入则是技术研发和产业化的必要条件,特别是对于半导体这样的高投入、高风险行业来说,资本的作用尤为重要。
技术生态系统的演化遵循着自身的客观规律。首先,技术生态系统具有自组织性,它能够通过内部各要素之间的相互作用,自发地形成有序的结构和功能。其次,技术生态系统具有协同进化性,系统内部的各个要素之间以及系统与外部环境之间相互影响、相互促进,共同进化。再次,技术生态系统具有动态平衡性,它能够通过自我调节,保持系统的稳定和发展。最后,技术生态系统具有开放性,它不断地与外部环境进行物质、能量和信息的交换,从而实现自身的演化和升级。
2、 "韬(τ)定律"下技术生态的核心特征
韬(τ)定律的提出,标志着半导体产业进入了一个新的发展阶段。与摩尔定律时代相比,韬定律下的半导体技术生态呈现出一些新的核心特征:
第一,从垂直分工到协同创新。在摩尔定律时代,半导体产业形成了高度专业化的垂直分工体系,设计、制造、封装测试等环节分别由不同的企业负责。这种垂直分工体系在提高生产效率、降低成本方面发挥了重要作用,但也导致了产业链的碎片化和创新的分散化。而在韬定律时代,由于技术创新更多地依赖于系统级的协同优化,产业链上下游企业之间的合作变得更加紧密。设计企业需要与制造企业、封装企业、材料设备企业进行深度合作,共同开发新的技术和产品。例如,逻辑折叠技术的实现需要设计企业和制造企业在设计工具、工艺制程等方面进行协同创新。
第二,从单一技术主导到多技术融合。在摩尔定律时代,半导体技术的发展主要由制程微缩这一单一技术主导。而在韬定律时代,半导体技术的发展则呈现出多技术融合的特征。半导体技术与人工智能、大数据、云计算、生物技术等技术领域的交叉融合日益深入,形成了许多新的技术方向和应用场景。例如,人工智能技术与半导体技术的融合,催生了AI芯片这一新兴产业;生物技术与半导体技术的融合,推动了生物芯片的发展。这种多技术融合的趋势,要求技术生态系统具有更强的包容性和开放性,能够吸纳不同领域的技术和人才。
第三,从封闭生态到开放生态。在摩尔定律时代,由于先进制程技术的高度复杂性和垄断性,形成了以少数几家企业为核心的封闭技术生态。例如,台积电、三星、英特尔控制了全球先进制程的产能,其他企业很难进入这一领域。而在韬定律时代,由于技术路线的多元化和创新主体的增多,封闭的技术生态已经难以适应产业发展的需要。开放、合作、共享成为了技术生态发展的主流趋势。例如,Chiplet技术的发展需要建立开放的接口标准和生态系统,让不同企业的芯粒能够相互兼容和集成。华为在提出韬定律的同时,也表示将开放相关的技术和标准,与全球产业界共同推动半导体产业的发展。
第四,从效率优先到安全与效率并重。在摩尔定律时代,半导体产业的发展主要追求效率和成本的最优化,全球产业链分工是基于比较优势形成的。而在当前复杂的国际形势下,产业链安全已经成为了各国关注的重点。特别是对于中国这样的大国来说,构建自主可控的半导体技术生态系统,保障产业链供应链安全,已经成为了一项重要的战略任务。因此,韬定律下的技术生态建设,不仅要注重效率和创新,还要注重安全和自主可控,实现安全与效率的平衡。
3、中国构建自主技术生态的路径选择
韬定律的提出,为中国半导体产业突破"卡脖子"技术瓶颈、构建自主可控的技术生态系统提供了难得的历史机遇。中国应该抓住这一机遇,充分发挥自身的优势,走出一条具有中国特色的半导体技术生态建设道路。
第一,加强基础研究,提升原理性理解水平。虽然韬定律更加注重结构性理解和功能性理解,但原理性理解仍然是技术创新的基础。中国应该加大对半导体基础研究的投入,支持高校和科研机构开展半导体物理、材料科学、微电子学等领域的基础研究,突破一批关键核心科学问题,为技术创新提供坚实的理论基础。同时,要加强基础研究与应用研究的衔接,促进科技成果的转化和应用。
第二,聚焦架构创新,突破关键核心技术。中国应该充分利用韬定律提供的不依赖最先进光刻工艺的演进路径,聚焦架构创新,在逻辑折叠、3D堆叠、Chiplet、异构计算等领域加大研发投入,突破一批关键核心技术。特别是要加强逻辑折叠技术的研发,这是韬定律的核心创新点,也是中国实现弯道超车的关键。同时,要加强先进封装技术的研发,先进封装是实现3D堆叠和Chiplet架构的关键,也是中国半导体产业相对具有优势的领域。
第三,构建开放协同的创新体系,培育完整的产业链。中国应该坚持开放创新的理念,加强与全球产业界的合作与交流,同时也要加快构建自主可控的半导体产业链。要支持龙头企业发挥引领作用,整合产业链上下游资源,打造涵盖设计、制造、封装测试、材料设备等环节的完整产业生态。要鼓励中小企业参与技术创新,形成大中小企业协同发展的良好格局。同时,要加强标准体系建设,积极参与国际标准的制定,提升中国在全球半导体产业中的话语权。
第四,加强人才培养和引进,打造高素质的人才队伍。人才是半导体产业发展的第一资源。中国应该加强半导体相关学科的建设,扩大人才培养规模,提高人才培养质量。要鼓励高校与企业合作,建立产学研用相结合的人才培养模式,培养既懂理论又懂实践的复合型人才。同时,要加大对海外高端人才的引进力度,为他们提供良好的工作环境和生活条件,吸引更多的优秀人才投身中国半导体产业。
第五,完善政策支持体系,营造良好的创新环境。政府应该进一步完善半导体产业的政策支持体系,加大对半导体产业的资金投入,设立专项基金支持关键核心技术的研发和产业化。要完善知识产权保护制度,加大对知识产权侵权行为的打击力度,保护创新者的合法权益。要深化科技体制改革,完善科技评价体系,营造鼓励创新、宽容失败的良好社会氛围。
四、芯片制造技术进入超域状态:“韬定律”是对摩尔定律的融合迭代
1、 技术域进化的三个阶段:单域态→复域态→超域态
在技术进化论中,技术域的进化遵循"单域态→复域态→超域态"的递进规律。这三个阶段代表了技术进化的不同层次和水平,具有不同的特征和表现形式。
单域态阶段:单域态是技术域进化的初级阶段。在这个阶段,技术域相对独立发展,边界清晰,技术创新主要集中在技术域内部,技术进化的动力主要来自于技术自身的内在逻辑。单域态技术的特点是专业化程度高、技术路线单一、应用领域相对狭窄。摩尔定律时代的半导体制造技术域就处于典型的单域态阶段,其技术进化主要围绕制程微缩这一单一方向展开,与其他技术域的交叉融合相对较少。
复域态阶段:复域态是技术域进化的中级阶段。在这个阶段,两个或多个技术域相互渗透、相互融合,形成新的复合技术域。复域态技术的特点是跨学科性强、技术路线多元化、应用领域更加广泛。例如,"机械+电子"形成的机电一体化技术域,"生物+医学"形成的生物医学技术域等,都属于复域态技术。在半导体领域,随着3D堆叠、Chiplet、异构计算等技术的发展,半导体技术域开始与计算机科学、电子工程、材料科学等技术域进行融合,进入了复域态阶段。
超域态阶段:超域态是技术域进化的高级阶段。在这个阶段,多个技术域深度融合,形成能够重塑整个社会经济形态的通用技术域。超域态技术的特点是具有强大的渗透性和扩散性,能够广泛应用于各个行业和领域,引发产业变革和社会转型。例如,蒸汽机技术、电力技术、信息技术等都属于超域态技术,它们都曾经深刻地改变了人类社会的面貌。芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的转变,标志着半导体技术域正在从复域态向超域态跃迁。
技术域从单域态到复域态再到超域态的进化过程,是一个技术复杂度不断提高、技术融合程度不断加深、技术影响力不断扩大的过程。在这个过程中,技术进化的动力机制也发生了深刻的变化,从单一的技术内在逻辑驱动转向技术内在逻辑与社会需求共同驱动,从线性累积机制转向融合迭代机制。
2、芯片制造技术超域状态的本质特征
芯片制造技术进入超域状态,是半导体产业发展的一个重要里程碑。与单域态和复域态相比,超域态的芯片制造技术具有以下几个本质特征:
第一,技术融合的深度和广度空前提升。在超域状态下,半导体技术不再是一个孤立的技术领域,而是与人工智能、大数据、云计算、物联网、生物技术、新能源技术等几乎所有的前沿技术领域进行深度融合,形成了一个相互渗透、相互支撑的技术网络。这种融合不再是简单的技术叠加,而是化学反应式的融合,能够产生出全新的技术形态和应用场景。例如,半导体技术与人工智能技术的融合,不仅催生了AI芯片,还推动了自动驾驶、智能机器人、智慧医疗等一系列新兴产业的发展。
第二,技术系统的复杂性和整体性显著增强。在超域状态下,芯片制造技术已经不再是单纯的制造技术,而是一个包含设计、制造、封装测试、材料设备、软件算法、应用服务等多个环节的复杂系统。技术创新不再是单一环节的突破,而是整个系统的协同创新。例如,韬定律所倡导的全层级协同优化,就需要器件、电路、芯片、系统等各个环节的密切配合,任何一个环节的短板都会影响整个系统的性能。
第三,技术对社会经济的影响力和塑造力达到新的高度。超域态技术具有强大的渗透性和扩散性,能够深刻改变人类的生产方式、生活方式和思维方式,重塑全球经济格局和国际竞争格局。半导体技术作为信息时代的核心技术,其影响力已经渗透到了经济社会的各个方面。在超域状态下,半导体技术的发展将进一步推动数字经济与实体经济的深度融合,加速产业数字化转型,为经济社会发展注入强大的动力。同时,半导体技术也成为了大国竞争的战略制高点,谁掌握了先进的半导体技术,谁就掌握了未来发展的主动权。
第四,技术进化的速度和不确定性大幅增加。在超域状态下,由于多技术融合的加速和创新主体的增多,技术进化的速度大大加快,新技术、新产品、新业态层出不穷。同时,技术进化的不确定性也显著增加,技术路线的选择变得更加困难,技术创新的风险也随之加大。例如,在半导体领域,未来的技术演进路径可能包括硅基延续技术、碳基半导体、量子计算等多个方向,哪一条路径能够最终取得成功,目前还存在很大的不确定性。
3、 融合迭代机制:超域进化的核心动力
在其技术进化论中,当技术进化进入超域状态时,融合迭代机制将取代线性累积机制成为技术进化的核心动力。融合迭代机制是指不同技术域之间通过相互渗透、相互融合,产生新的技术形态和技术系统,然后在新的技术基础上进行进一步的融合和迭代,从而推动技术持续向前发展的过程。
韬(τ)定律对摩尔定律的融合迭代,正是超域进化融合迭代机制的典型体现。这种融合迭代主要表现在以下几个方面:
第一,技术路线的融合迭代。韬定律并不是对摩尔定律的否定和抛弃,而是对摩尔定律的继承和发展。它吸收了摩尔定律的合理内核,即通过技术创新实现半导体性能的持续提升和成本的持续下降,同时又突破了摩尔定律"几何缩微"的单一技术路线,开辟了"时间缩微"的新路径。韬定律将制程微缩、3D堆叠、Chiplet、异构计算等多种技术路线融合在一起,形成了一套更加全面、更加可持续的技术演进体系。例如,在韬定律的技术体系中,制程微缩仍然是重要的技术手段,但不再是唯一的手段,它与架构创新、系统优化等手段相互配合,共同推动半导体技术的进步。
第二,技术理解的融合迭代。如前所述,摩尔定律代表了原理性理解主导的技术理解范式,而韬定律则代表了结构性理解与功能性理解协同主导的技术理解范式。韬定律对摩尔定律的融合迭代,也体现在技术理解的融合迭代上。它将原理性理解、结构性理解和功能性理解有机地结合起来,形成了更加完整、更加深入的技术理解体系。在韬定律的指导下,人们不仅要深入理解半导体的物理原理,还要深入理解技术系统的结构和功能,以及技术在不同应用场景中的价值和使用方式。
第三,技术生态的融合迭代。韬定律的发展,不仅需要建立自身的技术生态,还需要与摩尔定律时代形成的技术生态进行融合和迭代。摩尔定律时代形成的全球半导体产业链、人才体系、标准体系等,仍然是韬定律发展的重要基础。韬定律将在继承这些宝贵财富的基础上,通过创新和发展,构建起更加开放、更加协同、更加安全的技术生态系统。例如,Chiplet技术的发展,就需要在现有半导体产业链的基础上,建立新的接口标准、设计工具和测试方法,实现新旧技术生态的平滑过渡和融合发展。
第四,产业模式的融合迭代。韬定律的提出,也将推动半导体产业模式的融合迭代。在摩尔定律时代,半导体产业形成了以IDM和Fabless为主的产业模式。而在韬定律时代,随着Chiplet和先进封装技术的发展,一种新的产业模式——"Chipless"模式正在兴起。在这种模式下,企业不再设计和制造完整的芯片,而是设计和制造芯粒,然后通过先进封装技术将不同企业的芯粒集成在一起,形成完整的系统级芯片。这种新的产业模式将与传统的产业模式相互融合、相互补充,共同推动半导体产业的发展。
融合迭代机制的核心在于"融合"和"迭代"。"融合"是指不同技术、不同理念、不同模式之间的相互吸收和相互借鉴,从而产生新的事物;"迭代"是指在融合的基础上,不断地进行改进和完善,从而实现技术的持续进步。在超域状态下,融合迭代机制能够充分发挥不同技术领域的优势,激发创新活力,推动技术实现跨越式发展。
五、结语
本文基于技术进化论的"技术域—技术理解—技术生态"分析框架,系统研究了芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的演化过程。研究表明,摩尔定律在经历半个多世纪的辉煌后,因物理极限和经济极限的双重约束出现技术分叉,标志着半导体制造技术域进入了成熟分叉态。华为提出的韬定律,以"时间缩微"替代传统"几何缩微"作为半导体产业全新演进核心逻辑,本质上是技术理解从"原理性理解主导"向"结构性理解与功能性理解协同主导"的范式转变。新范式的成功与否关键在于能否建立起包含产业链上下游、标准体系、人才资本在内的完整技术生态。芯片制造技术从摩尔定律到韬定律的转变,标志着半导体技术域从单域进化阶段进入了超域进化的新时代。在超域状态下,融合迭代机制取代线性累积机制成为技术进化的核心动力,技术创新不再是单一技术的线性改进,而是多技术、多领域的系统级融合创新。
韬(τ)定律与摩尔定律之间的进化关系,是技术进化论不可多得的研究案例。它生动地演绎了技术域从单域态到复域态再到超域态的完整进化过程,深刻地揭示了技术理解范式转变在技术进化中的关键作用,充分地展现了技术生态系统对技术进化的重要影响。这一案例不仅丰富和发展了技术进化理论,更为科技哲学介入当代科技发展提供了重要的契机。科技哲学工作者应该密切关注当代科技发展的前沿动态,深入研究新技术、新范式背后的哲学问题,为科技的健康发展提供理论指导和价值引领。
对于中国来说,韬定律的提出具有特别重要的意义。它为中国半导体产业突破"卡脖子"技术瓶颈、实现高水平科技自立自强提供了一条全新的路径。中国应该抓住这一历史机遇,充分发挥自身的制度优势、市场优势和人才优势,加强基础研究,聚焦架构创新,构建开放协同的创新体系,培育完整的产业链,打造自主可控的半导体技术生态系统。同时,中国也应该积极参与全球半导体产业的合作与交流,为推动全球半导体产业的健康发展贡献中国智慧和中国力量。
当然,技术进化是一个永无止境的过程。韬(τ)定律的提出只是半导体产业发展的一个新的起点,未来还面临着许多挑战和不确定性。例如,逻辑折叠技术的大规模量产还需要解决许多工程技术问题,Chiplet标准的统一还需要全球产业界的共同努力,新的技术生态系统的建立还需要时间和耐心。但我们有理由相信,随着技术的不断进步和人类对技术理解的不断深化,半导体产业必将迎来更加美好的明天。
参考文献
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