微软Majorana 1量子芯片:拓扑计算突破算力瓶颈
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06-03 09:59
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中国的量子天才,科学界的底气。
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#华为发表半导体韬定律#简单说下这个其实,摩尔定律卷的是“空间”——把晶体管越做越小;韬定律卷的是“时间”——让信号在芯片和系统里跑得越来越快。摩尔定律,让晶体管越做越小,同样面积里塞进更多晶体管,性能更强、功耗更低、成本更优。从 14nm 到 7nm,再到 5nm、3nm、2nm,但发展到现在,遇到了瓶颈。第一,物理上难。到 2nm、1nm 级别,已经接近原子尺度,漏电、量子隧穿、发热、良率都会变得非常麻烦。第二,成本上难。先进制程晶圆厂动辄几百亿美元,不是一般公司能玩得起。第三,国内不适合。因为EUV 光刻机、先进制造设备、EDA、材料、工艺链条都受到限制。短期也不能指望完全复制台积电、三星那条路线。华为换了个思路,既然几何缩微越来越难,那就在另一个维度发力,这个维度就是:时间。什么叫“时间缩微”?你可以把芯片想象成一座城市。晶体管是城市里的楼。金属互连线是道路。信号就是在城市里跑的车。传统摩尔定律做的事情是:把楼盖得更小、更密,让城市面积不变,但能容纳更多楼。但问题是,楼越来越小以后,道路拥堵、信号传输、能耗、散热反而成了瓶颈。华为“韬定律”的思路是:不只是继续把楼缩小,而是重新设计城市交通系统。让车少绕路。让路更短。让红绿灯更聪明。让上下层立体交通打通。让数据别在系统里来回搬。虽然你的“楼”不一定比别人小,但整个城市运行效率更高。这就是“时间缩微”。 “韬 τ”到底是什么?τ 是希腊字母 tau,工程里经常用来表示时间常数。在芯片里,信号传播不是瞬间完成的。它要经过晶体管、金属线、缓存、总线、内存、芯片之间的互联。每一段都会有延迟。这个延迟大致和几个东西有关:电阻、电容、走线长度、数据搬运路径、系统互联效率。可以简单理解:τ 越大,信号越慢;τ 越小,芯片越快。所以“韬定律”的核心目标就是:系统性降低 τ。不是只优化一个晶体管,而是从:器件,电路,芯片,系统四层一起优化。第一层,器件层就是最底层的晶体管和互连。目标是降低:电阻。让最底层的电子通路更顺、更快、更省电。这部分还是很传统半导体,只不过不完全等同于“制程变小”。第二层:电路层,也就是“逻辑折叠”这是这次最关键的概念。什么叫逻辑折叠?传统芯片很多逻辑布局是平面的。你可以想象成一张摊开的地图,信号要从 A 点跑到 B 点,可能要走很长的横向路线。逻辑折叠的想法是:把原来摊在平面上的逻辑结构折起来,变成立体、多层、更短路径的结构。就像原来是平房小区,大家只能在地面绕路;现在变成楼房 + 电梯 + 立交桥,两个原本很远的点,垂直一折,距离就短了。信号路径短了,延迟就低了。延迟低了,同样时间内能做更多计算。同时在单位面积内也能实现更高的等效密度。它的本质是:通过重构电路布局,缩短信号关键路径。也就是华为说的,等效1.4nm。第三层:芯片层这一层讲的是软硬芯协同。以前大家容易只看芯片硬件参数:几纳米,几个核心,多少频率,多少 TOPS但华为强调:软件、架构、芯片要一起设计。也就是根据真实任务去安排数据流和指令流,减少无效计算和无效搬运。比如 AI、影像、通信、系统调度,不是所有任务都用同一种方式跑。如果芯片架构和软件深度绑定,就能让任务跑得更短、更省。简单讲:不是只造更强的发动机,还要优化变速箱、导航和驾驶策略。第四层:系统层系统层讲的是芯片之间、设备之间、计算节点之间的通信。华为提到一个东西叫 灵衢总线 / UnifiedBus。它的目标是降低系统通信延迟。这对 AI 计算尤其重要。因为现在大模型训练和推理,不是一颗芯片单打独斗,而是一堆芯片、一堆服务器、一堆内存一起工作。瓶颈经常不在“算不算得动”,而在:数据搬不搬得快,芯片之间通信快不快,内存访问是不是绕路,系统互联是不是高效。所以韬定律不只是手机芯片,也包括 AI 集群、服务器、超节点。它和摩尔定律到底是什么关系?不是说“韬定律干掉摩尔定律”。而是摩尔定律是几何缩微时代的主线;韬定律是后摩尔时代的一条系统优化路线。摩尔定律解决的是:单位面积塞更多晶体管。韬定律想解决的是:单位时间完成更多有效计算。摩尔定律更像“把零件做小”。韬定律更像“把机器重新设计得更高效”。两者不是完全对立。最理想状态当然是:先进制程 + 先进封装 + 逻辑折叠 + 系统协同全部一起上。但对华为和中国半导体来说,韬定律的战略意义在于:在先进制程被卡住的情况下,争取用架构、电路、封装、系统级创新,弥补一部分制造工艺差距。其实,后摩尔时代,其他半导体公司,也在从“单颗晶体管缩小”转向“系统级效率提升”。所以华为这个思路并不是凭空造概念,而是踩在全球后摩尔时代的大趋势上。未来十年,中国半导体企业会迎来一次最大的系统性机会。第一,中国有全球最大的终端市场。手机、汽车、通信、AI 服务器、工业、能源,都是芯片需求大户。第二,外部限制倒逼国产替代。这会给国内设备、材料、EDA、封测、设计公司提供真实订单和试错机会。第三,AI 和后摩尔时代改变了竞争规则。如果未来竞争不只看最先进制程,而是看封装、互连、系统架构、软硬协同,中国企业就有更多切入点。第四,华为这类公司有系统能力。华为不是单纯芯片设计公司,它有手机、通信、服务器、AI、操作系统、云、汽车生态,这种系统级场景很适合验证“韬定律”这种全栈路线。
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