北京时间5月23日科技区角报道，当指导全球半导体产业发展的“摩尔定律”逐渐失效后，在先进光刻技术受限的大背景下，华为前瞻性的提出了“韬（τ）”定律，接下来它将很长一段时间指导定义国产半导体行业发展的新规则。 5月25日，2026国际电路与系统研讨会在上海举行，华为公司董事、半导体业务部总裁何庭波在会上发表了《半导体新路径探索与实践》的主旨演讲，正式发表“韬（τ）定律”。这是中国在全球半导体领域首次提出指导产业发展的新原则。 韬定律提出以“时间（τ）缩微”替代“几何缩微”作为半导体与电子系统演进的新指导原则，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，在不完全依赖最先进制程的情况下，实现晶体管密度和性能的持续提升，这是华为在摩尔定律逐渐失效，同时当前地缘和技术限制下，给出的一个系统性答案，不管逻辑折叠，还是时序优化、3D堆叠设计思路在学术界和产业界早有研究，但华为的贡献是把它系统化、命名成一个新“定律”、构建多层级框架。它主要是芯片内部设计方法论的革新，而不是完全依赖CoWoS、混合键合等物理3D封装技术，此外虽然是对于已有实践的总结与“重构”，但该“重构”给出了清晰的替代摩尔定律的演进路径和量化目标。 在当前国内EUV技术还不成熟的情况下，系统提出这个定律有助于国内半导体产业的发展，为国内半导体产业在先进制程受限窗口期提供了一条系统性的演进路径。 当然方法伴随着是更多难题的出现，随着晶体管密度的大增，集成电路设计的复杂性也随之增加，因此对于散热，功耗，EDA协作方式都有新要求，这也是未来产业发展需要特别关注的几个方向，这也意味着未来的芯片设计将更加依赖全栈软硬协同和多学科交叉能力。 芯片级散热技术的发展 芯片级散热技术是直接在芯片表面或芯片内部实施的散热措施，可以更直接、更快速地将热量从热源（芯片）传递出去，由于空间狭小、环境复杂，所以对散热材料及器件结构有着极高的要求。 根据热源到换热结构的热传导路径不同，芯片级散热技术一般可以分为三种类型： 第一种为远端冷却架构散热技术，芯片与热沉冷板之间通过2层TIM进行热传导。 第二种为近芯片冷却架构散热技术，随着热流密度与芯片面积的增加，远端冷却能力越发不足，因此直接将芯片通过1层TIM与热沉冷板贴合，形成近芯片冷却架构。相比于远端冷却架构，由于减少了1层TIM与热扩散层，近芯片冷却架构进一步提高了可冷却的热流密度。 第三种为芯片内嵌冷却架构散热技术，即通过消除芯片和热沉冷板之间的TIM，直接在芯片衬底上刻蚀微通道，将流体引入其中，达到冷却效果。 由于本身优秀的热导性能，目前市场上的主流芯片级散热技术主要包括热管、VC均温板、3D VC、金刚石（钻石）、石墨烯散热技术等。 芯片级散热介质分类比较 1. 热管散热技术 热管，也称为Heat Pipe，是一种高效的传热器件，它能够在较短的时间内将热量从一端传输到另一端。它的核心原理是通过相变和毛细作用进行热量传递。热管内部包含工作液，当热量输入端（称为蒸发段）受热时，工作液吸收热量并迅速蒸发形成气体。随后，气体沿着管内移动到冷却端（称为冷凝段），在此过程中冷凝成液体并释放热量。液态工作液通过毛细作用或重力返回到蒸发段，完成一个完整的循环。 热管技术的发展历史可以追溯到20世纪中叶，1944年，美国通用发动机公司的R.S.Gaugler在美国专利（No. 2350348）中提出了热管的工作原理。1963年，美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover重新独立发明了这种传热元件，并对其进行了性能测试实验，正式将这种传热元件命名为“热管”（heat pipe）。1964年，世界上第一支热管在美国的洛斯阿拉莫斯科学实验室诞生。1972年，中国研制出第一根热管，它是以钠为工质的，随后研制了以氨、水、导热油为工质的热管。 到21世纪后，热管技术的应用重点由航天转移到地面，由工业化应用扩展到民用产品，尤其是微型热管技术发展迅速，被广泛应用于电子装置的芯片、笔记本计算机的CPU等。 热管的导热能力超过所有已知的金属，冷却介质有水、甲醇、丙酮、氨、一氟二氯乙烷、水合二氧化硅等，冷凝端可以用水或空气冷却。热管没有连接芯片的冷却介质连接管路，降低冷却介质在IT设备内部的泄露风险，且没有泵的需求，利用毛细压差驱动气液两相自循环运动而发生热量交换。因冷却结构中没有运动部件，可靠性高。 芯片级热管的结构简单，一般由密闭容器、毛细结构、工作流体组成。根据工作温度范围，一般可以分为深冷热管、低温热管、中温热管、高温热管。 在芯片级散热中，热管一般不单独作为散热器使用，通常嵌入空冷散热器翅片中，利用其高效的相变传热快速地将芯片基板处的热量传递到空气中，达到散热的目的。 2. VC均温板散热技术 VC均温板，全称为Vapor Chamber，即真空腔均热板散热技术。VC均温板是一个内壁具有微细结构的真空腔体，通常由铜制成。当热由热源传导至蒸发区时，腔体里的冷却液在低真空度的环境中受热后开始产生冷却液的气化现象，此时吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的冷却介质迅速充满整个腔体，当气相工质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象。借由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的冷却液会借由微结构的毛细管道再回到蒸发热源处，此运作将在腔体内周而复始进行。 相比热管，VC的导热效率与灵活度更强。铜的导热系数为401W/m·K，热管可以达到5000~10000 W/m·K，而均热板则可以达到20 000~10000 W/m·K，甚至更高。热管是一维导热，其形状及宽度虽受限，但搭配铜板及其他机构件，在系统排列及运用多支热管之弹性大，应用广，具性价比优势。而均热板形状则不受限制，可以根据芯片的布局，设计任意形状，甚至可以兼容处于不同高度的多个热源的散热。 因而，VC均温板是一种比热管更先进、更高效的导热元件，尤其在处理高密度电子设备的热管理问题时表现出色。 目前，VC均温板可划分为常规均温板以及超薄均温板。常规均温板由上下两片铜板以及中间的毛细结构、支撑柱等焊接而成，使用场景一般是高热通量应用。均温板的二维热扩散能力可以帮助高TDP（或超频状态）的CPU高效散热并将温度冷却至安全的工作温度，延长组件以及产品的使用寿命，常规均温板根据具体使用场景又可以细分为CPU均温板、显示屏均温板、笔记本电脑均温板等。 3. 3D VC（三维两相均温技术） 前文提到的热管及VC散热均为两相均温技术，其中热管是一维线式均温，VC是二维平面均温，下面介绍的3D VD则是三维一体式均温。 3D VC（三维两相均温技术）是利用热管与均温板蒸汽腔体贯通的散热技术，即通过焊接工艺将基板空腔与PCI齿片内腔相连，形成一体式腔体，腔体内充注工质并封口，工质在靠近芯片端的基板内腔侧蒸发，在远热源端的齿片内腔侧冷凝，通过重力驱动及回路设计形成两相循环，可以实现理想均温效果。 3D VC具有“高效散热、均匀温度分布、减少热点”等解热优势，可满足大功率器件解热、高热流密度区域均温的瓶颈需求，也可以保证获得更强的超频性能以及超频后的系统稳定性。 对比热管/均温板的散热器导热，是把芯片热量先传递至均温板再传至多根热管后再传至FIN，存在接触热阻、焊料以及铜本身的热阻；而3D VC通过三维结构连通下，内部液体相变、热扩散，直接、高效地将芯片热量传递至FIN远端散热。 3DVC的制作工艺比较复杂，良率低，在一定程度上限制了其发展和应用，3DVC制作的核心在于，热管和VC壳体的连接方式，以及内部毛细结构的烧结。 4. 金刚石（钻石）散热 金刚石的热导率是已知最高的材料之一，达到2000 W/m·K，是硅（Si）、碳化硅（Sic）和砷化镓（GaAs）的13倍、4倍和43倍，铜和银4-5倍了，在热导率要求为 10~200 W/(m·K)之间时，金刚石是唯一可选的热沉材料。 华为也在金刚石（钻石）散热领域进行了深度的研究，并发表了多篇专利。2014年，华为技术团队便与厦门大学电子科学与技术学院于大全教授团队在Journal of Materials Science & Technology上发表了“基于反应性纳米金属层的金刚石低温键合技术”成果。 2023年10月，华为与哈尔滨工业大学联合申请公布一项专利《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》。通过采用混合键合方法，可以实现硅和金刚石的高效集成，将芯片产生的热量快速地导出，并减少热阻，从而提高芯片的散热效率，提高芯片的性能和可靠性。 2024年12月，华为申请公布使用金刚石散热层的半导体器件专利。在本申请的半导体器件中，钝化层位于第一外延层和金刚石散热层之间，钝化层朝向金刚石散热层的一侧表面设置有凹槽，该结构不仅可以增加金刚石散热层与钝化层的接触面积，从而增加金刚石散热层与钝化层之间的结合力，并且还可以减小栅极与金刚石散热层之间沿半导体器件的厚度方向的热扩散距离，大幅提高半导体器件的散热效率。 金刚石也可以与同、铝等金属混合，制成金刚石铜、金刚石铝等材料。导热系数也能达到800W/(k.m)以上。可以采用MIM（金属粉末注射成型）的工艺制备。 5. 石墨烯散热技术 石墨烯是具有单原子层厚度的二维材料，具有极高的导热性。2008年，Balandin课题组6用拉曼光谱法第一次测量了单层石墨烯的热导率，观察发现石墨烯热导率最高可达5300m·K，高于石墨块体和金刚石，是已知材料中热导率的最高值，吸引了研究者的广泛关注。 对石墨烯热导率的研究很快对石墨烯在导热领域的应用有所启发。随着石墨烯大规模制备技术的发展，基于氧化石墨烯方法制备的高导热石墨烯膜热导率可达~2000 W·m-1·K-19。高导热石墨烯膜的热导率与工业应用的高质量石墨化聚酰亚胺膜相当，且具有更低成本和更好的厚度可控性。另一方面，石墨烯作为二维导热填料，易于在高分子基体中构建三维导热网络，在热界面材料中具有良好应用前景。通过提高石墨烯在高分子基体中的分散性、构建三维石墨烯导热网络等方法，石墨烯填充的热界面复合材料热导率比聚合物产生数倍提高，并且填料比低于传统导热填料。 因而石墨烯无论作为自支撑导热膜，还是作为热界面材料的导热填料，都将在电子元件散热应用中发挥重要价值。 片上散热技术的相对优解：芯片内微流道技术散热 目前主流的芯片散热方案，如风冷散热或液冷冷板散热，采用的是毯式冷却策略，覆盖到的地方都在均匀散热。然而，热量在芯片上很难做到均匀分布。芯片设计中的计算核心、高带宽内存接口等模块会形成局部热点，其功率密度远高于其他区域。如此一来，均匀散热的效率就变得十分低下，芯片的低温区域会被过度冷却，却又无法压制住几个热点的峰值温度，导致资源浪费。 因此，与其追求总散热设计功耗，不如追求更精确、高效地应对局部峰值功率密度。这对散热策略提出了更精准的微观尺度要求。在最理想的情况下，芯片的冷却方案应当能够感知并适应其内部复杂的热量变化。 芯片内微流道技术通过让冷却液直接与发热的硅晶体管接触，从物理上消除了导热界面材料和均热板，从而彻底移除了两个热阻，这使得总热阻大幅降低，散热效率大幅提升，或许将是未来芯片片上散热的最佳方案之一。根据瑞士Corintis公司的相关散热技术论文内容显示，芯片内微流道技术散热在CPU上实现了最高18°C的热点温升降低，在流体力学性能方面，其压降比传统设计降低超过67%。综合来看，其平均热阻相较于标准冷板冷却方案可降低最多55%，在多篇Corintis与微软联合发表的论文中，我们得以了解其技术路线的创新之处，源于自然的仿生学设计哲学、人工智能驱动的软件平台、先进的硅基微加工工艺，三者共同构成了其散热方案。 据悉，该技术设计理念受生物启发，其微流控通道网络形态酷似“叶脉或蝴蝶翅膀上的纹路”。在相关论文中，这种结构被称为“分层级的通道网络”，它模仿了生物循环系统中的动脉、静脉和毛细血管，旨在实现热传递效率与流体压降之间的最佳平衡，而在流体力学中，流体阻力（即压降）与通道的水力直径成反比，这意味着狭窄的通道会增加泵送流体所需的能量，而动物的血管系统通过分层结构解决了这一矛盾，粗大的主动脉以较低的阻力输送血液，随后分叉为更细的血管。 微流控通道网络的最终目标是，针对每一块芯片，生成一个由“形态精确的微米级通道组成的复杂网络”，作为其最优散热设计，网络中的主干道就是主动脉，而覆盖芯片热点的就是毛细血管，负责进行高效的热交换。 EDA与协同设计 根据韬（τ）”定律阐释的趋势，芯片封装的热密度会大幅上升，传统散热方式已经不够用了，而类似上述微流道液冷技术则需要EDA工具的系统配合，传统二维EDA只能设计平面电路，而面对多层折叠架构，EDA工具必须优先进行“热路径规划”，在设计初期就统筹考虑热流方向和热堆积。
