Huawei yrittää kiertää sirukilvan pullonkaulan uudella 3D-arkkitehtuurilla

Huawei esitteli 25. toukokuuta 2026 Shanghaissa uuden tavan hakea lisää suorituskykyä siruista tilanteessa, jossa perinteinen transistorien pienentäminen käy yhä vaikeammaksi. Yhtiön suunnitelmassa yhdistyvät kolmiulotteinen LogicFolding-arkkitehtuuri ja uusi Tau- eli τ-skaalauslaki. Huawei arvioi, että sen huippusirut voisivat saavuttaa vuoteen 2031 mennessä transistoritiheyden, joka vastaisi nimellisesti 1,4 nanometrin valmistusprosessia. 12

Oleellinen täsmennys on, ettei ilmoitus todista Kiinan pystyvän valmistamaan aitoja 1,4 nanometrin transistoreja. Kyse on ennen kaikkea sirujen suunnittelua ja pakkaamista koskevasta tiekartasta, jossa suorituskykyä ja laskentatiheyttä yritetään kasvattaa ilman riippuvuutta ASML:n edistyneimmistä EUV-litografialaitteista. 13

Mitä Huawei oikeastaan ilmoitti?

Huawei Semiconductor -yksikön johtaja He Tingbo esitteli IEEE:n ISCAS-konferenssissa uuden periaatteen, jossa transistorin fyysisen koon sijaan keskeiseksi mittariksi nostetaan signaalin kulkemiseen kuluva aika. Tästä käytetään nimeä Tau Scaling Law. Sitä on joissakin yhteyksissä kutsuttu epävirallisesti myös nimellä ”Her’s Law” He Tingbon sukunimeen liittyvänä sanaleikkinä. 13

Huawei kertoo, että LogicFoldingin ensimmäinen kaksikerroksinen Kirin-toteutus olisi tarkoitus tuoda markkinoille vuonna 2026. Yhtiön mukaan kolmikerroksinen rakenne voisi yltää 1,4 nanometrin prosessia vastaavaan transistoritiheyteen vuonna 2031. 13

Huawei on ilmoittanut lähestymistavan tuovan noin 55 prosentin porrastaisen lisäyksen transistoritiheyteen. Väite on kuitenkin yhtiön oma, eikä tuotantoon päässeestä LogicFolding-sirusta ole esitetty riippumattomasti varmennettuja mittauksia. 24

Miten LogicFolding toimii?

Perinteisessä kaksiulotteisessa sirusuunnittelussa logiikkapiirit levitetään pääosin yhdelle tasolle. LogicFoldingissa logiikkaa järjestellään uudelleen ja sijoitetaan päällekkäisiin aktiivisiin kerroksiin. Ajatuksena on käyttää sirun kolmiulotteista tilaa tehokkaammin ja lyhentää kriittisiä signaalireittejä.

Kun sähköinen signaali joutuu kulkemaan lyhyemmän matkan, johdotuksen vastus ja kapasitanssi voivat pienentyä. Tämä voi vähentää viivettä ja parantaa laskentatehoa tai energiatehokkuutta samalla valmistustekniikalla. Tau-skaalauslaissa kehityksen ensisijaiseksi tavoitteeksi nostetaan siis signaalin etenemisajan lyhentäminen – ei pelkästään transistorin mittojen kutistaminen. 24

Ajatus on jatkoa Moore’n lain ympärille rakentuneelle kehitykselle, mutta eri painotuksella. Moore’n laki on kuvannut transistorimäärän kasvua, jota on pitkään vauhditettu valmistusprosessin geometrisella pienentämisellä. Huawei pyrkii nyt saamaan vastaavaa hyötyä arkkitehtuurista, johdotuksesta ja 3D-pakkaamisesta.

Miksi EUV-litografia halutaan kiertää?

EUV-litografia eli äärimmäisen ultraviolettisäteilyn avulla tehtävä litografia on keskeinen teknologia kaikkein pienimpien valmistusprosessien tuotannossa. Kiina ei ole saanut hankittua ASML:n edistyneimpiä EUV-laitteita Yhdysvaltojen ja sen liittolaisten vientirajoitusten vuoksi. 117

Huawei yrittää muuttaa kilpailuasetelmaa: jos transistorien fyysistä kokoa ei voida pienentää samalla tavalla kuin johtavilla valmistajilla, laskentatehoa voidaan hakea vanhemmasta, kotimaisemmin saatavilla olevasta valmistustekniikasta yhdistettynä kehittyneeseen 3D-suunnitteluun ja sirupakkaukseen.

Tämän vuoksi ilmaus ”1,4 nanometrin verrokki” on tärkeä. Se tarkoittaa väitettyä transistoritiheyttä tai suorituskykypotentiaalia, joka rinnastetaan 1,4 nanometrin prosessiin. Se ei tarkoita, että Huawei tai sen valmistuskumppanit valmistaisivat kirjaimellisesti 1,4 nanometrin valmistussolmulla. 13

Miten tavoite vertautuu Kiinan ja TSMC:n asemaan?

Kiinan kotimainen edistynein tuotanto on yleensä kuvattu 7 nanometrin luokan teknologiaksi, joka on saavutettu vanhemmalla DUV-litografialla eikä EUV:llä. Huawein suunnitelma pyrkii siksi hyppäämään useiden nimellisten prosessisukupolvien yli ensisijaisesti arkkitehtuurin avulla. 15

TSMC:llä on puolestaan käytössään todellista 2 nanometrin teknologiaa, ja yhtiö on ilmoittanut tavoittelevansa 1,4 nanometrin tuotannon aloittamista vuonna 2028. Jos aikataulut toteutuvat, TSMC olisi tässä suhteessa noin kolme vuotta Huawei’n vuoden 2031 tiheystavoitetta edellä. 15

Vertailu ei silti ole täysin yksi yhteen. Valmistusprosessin nimellissolmu, transistoritiheys, suorituskyky ja koko järjestelmän tehokkuus ovat eri asioita. Pelkkä transistorien määrä neliömillimetriä kohti ei kerro esimerkiksi muistiväylästä, liitännöistä, ohjelmistotuesta tai todellisesta tekoälylaskennan suorituskyvystä.

Miksi läpimurtoa ei vielä voida pitää todistettuna?

Huawei ei ole julkaissut tuotantoon päässeestä LogicFolding-sirusta riippumattomasti varmennettuja suorituskykymittauksia, sirumittauksia, valmistussaantoa, tehonkulutusta, luotettavuustuloksia tai kustannustietoja. Reuters kuvasi siksi sitä, onko kyse aidosta teknisestä läpimurrosta, edelleen avoimeksi kysymykseksi. 12

3D-rakenne voi lyhentää joitakin signaalireittejä, mutta samalla se tuo mukanaan uusia ongelmia:

• Lämmönhallinta: aktiivisten logiikkakerrosten pinoaminen keskittää lämpöä ja vaikeuttaa sisempien kerrosten jäähdyttämistä. Ongelma korostuu jatkuvasti korkealla teholla toimivissa tekoälykiihdyttimissä.
• Virransyöttö ja kellotus: usean aktiivisen kerroksen virransyötön, kellosignaalien ja häiriöiden hallinta on vaikeampaa kuin tasomaisessa rakenteessa.
• Suunnittelutyökalut: perinteiset EDA-työkalut eli elektronisen suunnitteluautomaation ohjelmistot eivät välttämättä pysty optimoimaan samanaikaisesti kolmiulotteista sijoittelua, reititystä, ajoitusta, lämpötilaa, testausta ja varmennusta.
• Valmistussaanto ja hinta: useammat prosessivaiheet ja monimutkaisempi pakkaaminen voivat lisätä virheiden riskiä ja kustannuksia. Jos käyttökelpoisten sirujen osuus jää pieneksi, nimellinen tiheysvoitto voi kadota taloudellisesti.

Analyytikot ovat nostaneet juuri lämmönpoiston, EDA-työkalut ja valmistussaannon keskeisiksi haasteiksi. Saatavilla oleva aineisto ei osoita, että Huawei olisi jo ratkaissut nämä koko järjestelmän ongelmat. 26

Huawei hakee uutta reittiä pakotteiden keskellä

Strategisesti ilmoitus on Huawein näkyvin yritys muuttaa Yhdysvaltojen vientirajoitukset kannustimeksi toisenlaiselle kehityspolulle. Tavoitteena on rakentaa kotimaisia ratkaisuja sirujen suunnitteluun, valmistukseen, paketointiin ja tekoälylaskentaan sen sijaan, että yhtiö odottaisi pääsyä EUV-laitteisiin, johtaviin yhdysvaltalaisiin EDA-työkaluihin tai Nvidian tehokkaimpiin tuotteisiin. Tämä sopii Kiinan laajempaan pyrkimykseen vahvistaa puolijohdeomavaraisuutta. 12

Huawein vuoden 2023 Mate 60 -paluu oli aiempi tärkeä merkkipaalu. Puhelimessa käytetty kotimainen, 7 nanometrin luokkaan sijoitettu Kirin-siru osoitti kaupallisesti ja poliittisesti, etteivät pakotteet olleet pysäyttäneet Huawein älypuhelinsirujen kehitystä. Nyt samaa logiikkaa yritetään laajentaa yksittäisestä paluutuotteesta pitkän aikavälin suunnittelu- ja tekoälysirujen tiekartaksi. 12

Nvidian heikentynyt asema Kiinan markkinoilla kasvattaa panoksia entisestään. Vientirajoitukset ovat vaikeuttaneet yhtiön edistyneimpien tekoälykiihdyttimien saatavuutta, ja kiinalaiset valmistajat ovat hyötyneet Nvidian vetäytymisestä. Huawein johtoasema ei kuitenkaan ole varmistunut, vaan kotimarkkinoilla toimii edelleen useita kilpailijoita. 78

Kiinassa ilmoitusta on tulkittu laajalti merkiksi siitä, että ulkoiset rajoitukset voivat vauhdittaa kotimaista innovointia ja kilpailua. Tekninen näyttö on silti pidettävä erillään poliittisesta tulkinnasta: myönteinen julkisuus ei korvaa riippumattomia tietoja suorituskyvystä, hinnasta, valmistussaannosta ja luotettavuudesta. 12

Entä Yhdysvaltojen ja Kiinan AI-yhteistyö?

Saatavilla oleva näyttö ei riitä liittämään LogicFolding-ilmoitukseen yhtä yksiselitteistä ja auktoritatiivista kiinalaista reaktiota Yhdysvaltojen ja Kiinan väliseen tekoäly-yhteistyöhön. Laajempi jännite on kuitenkin selvä: Kiina tavoittelee teknologista omavaraisuutta, kun taas molemmilla osapuolilla on samanaikaisesti syitä hallita tekoälyn riskejä.

Tämä ilmoitus on ennen kaikkea kertomus puolijohdekilpailusta ja pakotteiden kiertämiseen tähtäävästä teknologiasta – ei todiste vakiintuneesta Yhdysvaltojen ja Kiinan yhteistyökehyksestä. Lopullinen arvio Huawein väitteestä riippuu siitä, saadaanko tulevista siruista riippumatonta näyttöä todellisesta suorituskyvystä, energiatehokkuudesta, hinnasta ja tuotannollisesta skaalautuvuudesta.