Branża półprzewodników to jeden z tych wyścigów, w którym wszyscy wiedzą, że meta stale się oddala, ale nikt nie może sobie pozwolić na zwolnienie tempa. Obserwujemy to już od wielu dekad rozwoju procesorów, które z generacji na generację obejmują coraz to mniejsze tranzystory, ich większą liczbę, wyższą efektywność, a do tego wyższą wydajność. Jednocześnie jednak doskonale wiemy, że fizyczna bariera zbliża się jednak nieubłaganie, a każdy kolejny krok w stronę atomowej skali kosztuje więcej, trwa dłużej i wymaga coraz bardziej skomplikowanych maszyn.
Huawei mówi o 1,4 nm, ale nie w takim sensie, jak mogłoby się wydawać
Huawei zaprezentował w Szanghaju koncepcję nazwaną Tau Scaling Law, czyli Prawo Skalowania Tau. Według firmy ma to być nowa zasada rozwoju półprzewodników, w której klasyczne zmniejszanie geometrii tranzystorów ustępuje miejsca skracaniu czasu propagacji sygnału, poprawie przesyłu danych i optymalizacji całych układów, bo od poziomu tranzystora, przez obwody i chipy, po wielkie systemy obliczeniowe. W praktyce chodzi więc o przesunięcie ciężaru z pytania w stylu “jak mały jest tranzystor?” na pytanie “jak szybko i efektywnie informacja może przejść przez cały układ?”.
Czytaj też: NASA stworzyła kosmiczny procesor przyszłości. Łapię się za głowę na samą myśl o jego możliwościach
Czy to ma sens? Wbrew pozorom, tak i to większy niż z pozoru może się wydawać, bo regularnie docierają do nas informacje, jak to sam transfer danych między podzespołami staje się problematyczny zwłaszcza energetycznie. Jednocześnie jednak Huawei nie pokazał niezależnych wyników wydajności i nie udowodnił też, że Chiny nagle przeskoczyły ograniczenia zaawansowanej litografii. Firma wspomniała tylko o gęstości tranzystorów równoważnej procesom 14 Å, czyli 1,4 nm, do 2031 roku, ale jak to osiągnie i na jakim jest etapie? Tego nie wiemy.
Różnica jest kluczowa. Współczesne nazwy procesów technologicznych od dawna nie opisują konkretnej wielkości pojedynczego elementu, ale nadal oznaczają konkretny zestaw możliwości produkcyjnych, narzędzi, uzysków, kosztów i parametrów energetycznych. Jeśli więc Huawei mówi o “równoważnej gęstości”, to widzę w tym raczej próbę obejścia części ograniczeń przez architekturę i projektowanie, a nie magiczne wyczarowanie własnych fabryk TSMC w kilka lat.
Prawo Moore’a nie umarło jednego dnia. Ono po prostu przestało wystarczać
Prawo Moore’a było przez dekady czymś więcej niż obserwacją. Stało się rytmem całej branży. Gordon Moore najpierw zauważył, że liczba elementów w układach scalonych rośnie bardzo szybko, a później utrwaliła się wersja mówiąca o podwajaniu liczby tranzystorów mniej więcej co dwa lata przy ograniczonym wzroście kosztu.
Tyle że ten model coraz gorzej pasuje do świata, w którym pojedyncze warstwy powstają dzięki ekstremalnie drogim maszynom EUV, a sama miniaturyzacja nie daje już tak prostych zysków energetycznych jak dawniej. Kiedyś mniejszy tranzystor oznaczał niemal automatycznie więcej wydajności i lepszą sprawność. Dziś dochodzą problemy z upływnością, ciepłem, zasilaniem i połączeniami między blokami, przez co coraz częściej wąskim gardłem nie jest sam tranzystor, ale droga, którą musi pokonać sygnał.
Właśnie dlatego Huawei uderza w pojęcie tau. W elektronice taka stała czasowa wiąże się między innymi z rezystancją i pojemnością, a więc z tym, jak szybko układ reaguje i jak szybko może przenieść zmianę stanu. Jeżeli firma skróci ścieżki krytyczne, zmniejszy obciążenia pasożytnicze, poprawi organizację danych i połączy to z odpowiednią architekturą, to może uzyskać zauważalny wzrost wydajności bez wyłącznie mechanicznego zmniejszania tranzystorów.
LogicFolding, czyli gdy problemem staje się droga sygnału
Najkonkretniejszym elementem całej zapowiedzi jest LogicFolding. Huawei opisuje tę architekturę jako sposób na przełamanie tradycyjnych ograniczeń fizycznego układu obwodów, skrócenie krytycznych połączeń i zmniejszenie obciążenia rezystancyjno-pojemnościowego podczas propagacji sygnału. Mówiąc prościej – jeżeli sygnał musi mniej błądzić po chipie, układ może pracować szybciej i efektywniej, a tak się składa, że dziś cały ten transfer na poziomie CPU obejmuje pamięci podręczne, magistrale, poszczególne bloki i kontrolery.
Czytaj też: Największy problem nowoczesnej technologii nie dotyczy procesorów. Nieskończona energia czai się pod wodą
Huawei rozumie ten problem i dlatego jego Tau Scaling nie zatrzymuje się na poziomie tranzystora. W opisie pojawia się optymalizacja urządzeń, obwodów, chipów, systemów, magistral i przepływu danych. Producent opracował też tak zwaną magistralę UnifiedBus dla dużych systemów obliczeniowych, co stanowi akurat próbę skrócenia komunikacji w większych klastrach, czyli głównie serwerowniach.
Najważniejsza część zapowiedzi obejmuje fakt, że Huawei oficjalnie pochwalił się, że przez ostatnie sześć lat zaprojektował i masowo produkował 381 chipów opartych na założeniach Tau Scaling. Twierdzi też, że pierwsze układy Kirin z LogicFolding mają pojawić się jesienią 2026 roku, a w dalszej perspektywie ta sama idea ma trafić do procesorów Ascend oraz dużych klastrów związanych ze sztuczną inteligencją do 2030 roku. Nadal jednak pozostaje pytanie o skalę produkcji.
Era po Prawie Moore’a będzie miała wiele dróg naraz
Wszystko to sprawia, że dziś największym błędem byłoby sprowadzenie całej sprawy do pytania, “czy Huawei dogoni TSMC”. Jednak to o to chodzi tutaj. Branża już teraz rozchodzi się na kilka ścieżek. Jedni inwestują w nowe węzły technologiczne, inni w zaawansowane pakietowanie, chipletowe konstrukcje, pamięci HBM, optymalizację połączeń, akceleratory wyspecjalizowane pod konkretne obciążenia, a jeszcze inni patrzą w stronę układów neuromorficznych i memrystorów. Podobny trop widać przy sztucznych neuronach i układach próbujących naśladować mózg, bo tam również chodzi o odejście od klasycznego myślenia “więcej tranzystorów rozwiąże wszystko”.
Właśnie w tym kontekście Prawo Skalowania Tau ma sens jako hasło strategiczne. Nie musi być bowiem uniwersalnym prawem fizyki, żeby być użytecznym kierunkiem rozwoju. Jeśli Huawei potrafi rzeczywiście sensownie skracać ścieżki sygnałów, zmniejszać opóźnienia, poprawiać przepływ danych i robić to w masowo produkowanych układach, to nawet bez absolutnie najnowocześniejszej litografii może zbudować sprzęt konkurencyjny w wybranych zastosowaniach.
Czytaj też: Miniaturyzacja znów trafiła na ścianę. Mikroskopijna szczelina zepsuła plany na procesory nowej ery
Nie oznacza to jednak, że za pięć lat chińskie procesory automatycznie przeskoczą możliwościami układy TSMC, Apple’a, Nvidii czy AMD. Moim zdaniem bardziej prawdopodobny jest scenariusz, w którym Huawei będzie coraz mocniejszy tam, gdzie może kontrolować cały kompleks, a więc własny sprzęt, własne systemy, własne smartfony, własne centra danych, własne oprogramowanie i własny rynek. Przyszłość procesorów nie będzie już bowiem tak prosta jak kiedyś.
Prawo Moore’a przez dekady uczyło nas, że przyszłość procesorów można opisać coraz mniejszą liczbą nanometrów. Huawei próbuje teraz powiedzieć coś innego, bo to, że jeśli nie możesz zmniejszać wszystkiego w tym samym tempie, to skróć drogę, którą musi pokonać informacja. Finalnie więc nawet jeśli Tau Scaling okaże się częściowo językiem strategicznej autopromocji, to problem, na który odpowiada, jest jak najbardziej konkretny. Stare tempo rozwoju chipów pęka. Teraz zaczyna się walka o to, kto najlepiej zrozumie, czym je zastąpić.
