每日经济新闻 5小时前
对话中国科学院院士褚君浩:摩尔定律有天花板,“韬定律”开拓新思路,中国科技要在基础研究上做到极致
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" 如果‘韬定律’能像摩尔定律那样被全球产业广泛遵循,那将是件非常了不起的事。" 面对镜头,褚君浩语气平和。在他身后,满墙的书籍彰显着这位中国科学院院士六十余年来对科研的坚守。

近日,华为 " 韬定律 " 刷屏,在全网热议这场半导体 " 范式革命 " 之际,半导体物理界的权威、被视为我国红外物理 " 活化石 " 的褚君浩接受了《每日经济新闻》(以下简称 NBD)记者专访。

提及褚君浩,就绕不开国际公认的 "CXT 公式 "。它宛如一套 " 精准导航系统 ",使科研人员无需再进行试错,极大地节省了时间与成本。而该公式中的 "C",正是以褚君浩名字的首字母命名的。

早在 16 岁那年,褚君浩就在笔记中写下少年誓言:在定律的队伍中要有中国人的名字。如今,华为 " 韬定律 " 的提出,恰恰是对那个时代愿望的回响。

在一个半小时的对话中,褚君浩在图纸上一笔一画地向每经记者演算着 " 韬定律 " 如何从 " 尺寸微缩 " 转向 " 时间微缩 " 的底层逻辑变革。但他也坦言,这一定律能否像 " 摩尔定律 " 般成为全球共识,尚需产业印证,但其范式意义已然显现。

有了 " 韬定律 ",中国是否还需要攻克极紫外线(EUV)光刻机?面对 " 科技强国 " 的目标,我们到底还差什么?中国科技距离真正颠覆性突破还有多远?作为中国科技从 " 跟跑 " 到 " 领跑 " 的亲历者,褚君浩给出的答案引人深思。

不拼尺寸拼时间

" 要用‘物理底层逻辑驱动’解决问题 "

清早 9 点抵达办公室,翻阅学生论文,开会或讨论课题,有时还要外出参加项目研讨⋯⋯这是褚君浩日复一日的科研节奏。

尽管已届耄耋之年,但晚上 7 点褚君浩与每经记者视频对谈时,他依然专注从容。作为半导体物理学界的权威,褚君浩始终奋战在科研一线,也时刻关注着产业动态。

面对 " 韬定律 " 带来的范式变革,他更看重其背后的 " 物理底层逻辑 "。他指出,摩尔定律正逼近物理极限,难以为继;而 " 韬定律 " 用时间微缩替代尺寸微缩,以物理底层逻辑驱动芯片发展,也为二维材料集成电路、量子芯片、光子芯片等新型路径指明方向。

褚君浩向每经记者展示他演算的 " 韬定律 " 底层逻辑变革

NBD:您如何评价 " 韬定律 "?

褚君浩:" 韬定律 " 很有意思,它代表了集成电路发展中对新方向的指引和趋势,给大家点亮一盏明灯,预示我们的注意力不要单纯聚焦在上层建造,而是要用 " 物理底层逻辑驱动 " 解决问题,这一思路对当前集成电路发展,以及对量子芯片、光子芯片、自旋电子学芯片等产生引领作用。

NBD:" 韬定律 " 的出现,是否意味着全球半导体产业沿用了六十多年的 " 纳米标尺 " 将迭代?

褚君浩:近半个多世纪以来,半导体集成电路发展基本是按照摩尔定律,即每两年左右晶体管密度翻一番,从而实现能效增加。摩尔定律并不像牛顿规律等是自然科学定律,而是对技术发展的经验总结,它反映的是行业趋势,得到了行业公认,成为共识。

但现在,摩尔定律遇到了一些困难:硅原子直径约为 0.2 纳米,当芯片制程接近 1 纳米时,量子隧穿效应会显著影响芯片性能,所以这条路一直走下去,总是有尽头的。

摩尔定律的本质是用更快速度集成更多的功能。那么,提升速度只有这一条路吗?面对这些问题,近年来出现了很多三维结构的探索,包括晶体管、电路、芯片等层面,即原来是平面,现在立体化后缩短的就是时间,在物理学中,"τ" 常用于表示 " 寿命 " 或 " 时间常数 "。

因此," 韬定律 " 的核心在于,不要把注意力完全集中在尺寸缩小上,而是要把注意力集中在时间微缩上。在电路中即 R(电阻)×C(电容)= 时间常数 τ,即我们想办法把晶体管、电路等架构中的电阻减少、电容减少,也能够缩短时间从而提升速度和性能。

NBD:科研界、产业界对 " 韬定律 " 是否有不同观点?其能否成为行业通用的新型规律总结?

褚君浩:有一些不同的声音。这些声音认为 CR 时间常数在物理学、电路中都是熟知的,也有很多学术报告很早提出空间架构、三维结构等,这些也都是事实。最近几年,国内外集成电路产业也都在做三维结构类似的架构工作,目的都是为了减少时间常数,但并没有突出强调出来。

此次 " 韬定律 " 则明确把这个思路总结出来,告诉大家可以从架构、原理、材料等方面下功夫,从而使得集成电路有更好发展。

在 " 韬定律 " 指引下,传统几何缩微需要三年迭代才能达到的幅度,华为用一代逻辑折叠完成。从数据推测来看,一年时间晶体管密度增加了 53.5%,而特征尺寸对应的平面面积缩小了 12.7%,对应的时钟主频可达 4GHz(千兆赫兹)— 5GHz ,零点几纳秒,速度已经非常快了,这说明很有效果。

但 " 韬定律 " 未来能否像 " 摩尔定律 " 一样成为产业共识,还需时间和产业的印证。目前数据还不足够多,未来随着更多公司实践、落地,用更多数据支撑其形成一条行业趋势曲线,才能反映产业规律。

" 韬定律 " 会取代光刻机?

" 有了 EUV 是在做强,加上‘韬定律’是了不起的‘ 1+1>2 ’ "

在红外物理的世界里,光,是看不见的语言;而在褚君浩院士的手中,这道光被 " 翻译 " 成中国科学走向世界的底气。从写下 " 在定律的队伍中要有中国人的名字 ",到提出国际公认的 "CXT 公式 ",1945 年出生的他用半个多世纪的扎根与追光,诠释了何为 " 小草精神 " ——向下扎根基础研究,向上生长突破封锁。

而当褚君浩的视线从红外转向集成电路时,他直言 " 韬定律 " 不是要颠覆摩尔定律,而是为后摩尔时代开辟一条属于中国科技的 " 窄赛道 "。他说,有了 EUV 是在做强,加上 " 韬定律 " 是了不起的 "1+1>2"。这不仅是技术的跃迁,更是一种范式创新:让中国科学重新定义可能。

NBD:作为一种 " 范式创新 "," 韬定律 " 能否重塑中国乃至全球半导体产业的竞争逻辑?

褚君浩:当产业把关注点集中在时间微缩上,会影响产业链各个环节,如设计、封装、测量甚至投资等。

对于国内产业而言,如果效果好,再叠加华为的引领作用,大家都会在这方面发展。但国外的大型集成电路企业可能还会按照原来的线路走,因为有 EUV 光刻机。不过,海外依然会重视 " 韬定律 ",重视时间常数缩短这一路径对器件性能提高的好处。

有了 " 韬定律 " 后,也不意味着中国半导体产业就完全放弃 EUV 光刻机。EUV 光刻技术我们也还是要继续突破,如果有 EUV 再加上 " 韬定律 ",就能 "1+1>2",更厉害了。

目前中国半导体产业结构已经比较完整了,对外依存度也越来越小,上下游产业的结合也很好。未来随着科学技术快速发展,全球产业最佳状态是不同国家、公司都有自己非常擅长的一面,同时也有很好合作互通的架构。

NBD:" 韬定律 " 的提出是不是集成电路产业的 "DeepSeek" 时刻?

褚君浩:" 摩尔定律 " 和 " 韬定律 " 都是行业规律,发展到一定程度后,都面临物理极限的天花板,只是目前 " 摩尔定律 " 的天花板更明显。未来 " 韬定律 " 也会出现一些新问题,比如能耗散热问题,从平面变为立体,密度变大,散热问题就容易变严重。

后摩尔时代," 韬定律 " 未来的天花板如何打破?能不能有更高水平的芯片?尤其是现在人工智能发展迅速,对算力要求很高,这些都是产业持续发展所需要思考的。自旋电子学也是未来集成电路发展的新可能,目前也在探索阶段。所以,技术进步总是发展到一定程度后会有新技术来替代,而新技术出现瓶颈后,又会有更新的技术迭代。

从 " 规则跟跑 " 到 " 定义范式 "

" 中国科学还要在真正颠覆性重大突破上下大功夫 "

当 " 韬定律 "、DeepSeek 与具身智能让世界看到中国速度时,褚君浩却在思考更本质的问题:中国科技如何更好地领跑?在他看来,国外封锁反而 " 倒逼 " 我们自主创新,从红外探测器到集成电路,中国正从 " 制造强国 " 迈向 " 科技强国 "。

但褚君浩也冷静指出,我国仍需在颠覆性突破上下功夫,基础研究的厚度才是决定上限的关键。" 最近,我在看刘云浩教授撰写的《具身智能》,写得蛮好。现在我也会借助 AI(人工智能)查资料。" 褚君浩认为,AI 是科研发展的 " 助手 ",但对于学生而言,基础科学的能力仍然非常重要," 知识面要尽量拓宽,只有打好基础,你才能理解、用好 AI、发展 AI"。

NBD:" 韬定律 " 要求打破传统纵向分工,实现算法、软件、架构、芯片一体化深度协同设计,这种 " 系统化能力 " 如何练就?对构建中国科技生态有何战略意义?

褚君浩:国外封锁的 " 倒逼 ",我国基础研究的深厚底蕴以及长期的技术积累,使得我们能够实现这种 " 系统化能力 "。

中国科技在发展过程中有一个特点:能买到的,自己就不做了。比如我们的红外探测器,很多都买不到,只能自己做。因为光刻机不卖给我们,尺寸减不下去了,倒逼我们动新的脑筋。同时,科学研究积累的基础也起到了很大作用。华为有很多工程师,集成电路有众多企业,还有很多新架构、新工艺路线等,全方位为基础研究提供了可行性。

未来 " 系统化优化 " 势必是一种趋势,它对整个集成电路产业最终发展效果有很大影响,中国科技正走在 " 科技强国 " 的道路上。

NBD:从 " 规则跟跑 " 到 " 技术突破 " 再到 " 范式定义 ",这种发展趋势背后,体现了中国科技哪些独特基因?

褚君浩:过去我们是跟跑追赶,外国人做什么我们也做什么;但现在,我们逐渐并跑甚至领跑的领域越来越多。仅从论文发表来讲,以前在国际科技杂志上很难找到中国人的文章,但现在很难找到一本上面没有中国人文章的杂志。

但领跑也会面临新挑战:领跑的方向对不对?所以当下,我们科技发展的任务更重了。

有两个问题很紧要:一是精益求精,做到极致。尽管有很多东西我们可以自己做出来,但还做不到最好,很多实验室的设备还是以进口为主。

二是要加强基础规律的研究和掌握。现在有很多技术,我们只追求能变成产品卖出去就可以了,但对其背后的规律并不掌握,这就无法根据实践不断优化经验,导致技术水平提升不上去。

虽然我们的 DeepSeek、具身智能等已展现出强劲势头,但中国科学还要在真正颠覆性重大突破上下大功夫。基础研究的厚度决定了上限,这一块需要持续加力,期待未来 10 年至 20 年中国会出现更多重大的科技成果。

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