Huawei satsar på en ny väg till 1,4-nanometerschip – utan EUV

Huawei försöker ändra spelplanen i den globala chipkapplöpningen. I stället för att enbart göra transistorerna mindre vill företaget bygga tätare och snabbare kretsar genom att förändra hur logiken placeras i chipet.

Vid IEEE:s konferens ISCAS i Shanghai presenterade Huaweis halvledarchef He Tingbo två sammanlänkade idéer: LogicFolding och den föreslagna Tau (τ)-skalningslagen. Huawei hävdar att metoden kan ge en transistortäthet motsvarande en tillverkningsprocess på 1,4 nanometer senast 2031 – utan tillgång till de mest avancerade EUV-maskinerna från ASML. 12

Det viktiga förbehållet är formuleringen ”motsvarande 1,4 nanometer”. Det betyder en jämförelse av bland annat transistortäthet och systemegenskaper, inte nödvändigtvis att Huawei eller dess tillverkningspartner kan etsa transistorer med en faktisk 1,4-nanometersprocess. 13

Så fungerar LogicFolding

I traditionell chipdesign ligger stora delar av logiken utspridda på ett tvådimensionellt plan. LogicFolding ska i stället organisera logiken i flera lager och stapla delar av kretsen vertikalt. På så sätt kan vissa kritiska signalvägar göras kortare.

Det spelar roll eftersom signaler i ett chip inte bara begränsas av själva transistorerna. Motstånd och kapacitans i ledningarna – ofta sammanfattat som RC-fördröjning – påverkar hur snabbt data kan flyttas mellan olika delar av kretsen. Kortare ledningar kan minska fördröjningen och i vissa fall förbättra prestanda per watt.

Huawei har uppgett att LogicFolding kan ge omkring 55 procent högre transistortäthet i stegvisa förbättringar. Företaget har också beskrivit metoden som en arkitektur för att optimera prestanda, energiförbrukning och yta samtidigt. Dessa siffror är dock Huaweis egna uppgifter och har inte presenterats med oberoende verifierade produktdata. 24

Vad är Tau-skalningslagen – eller ”Her’s Law”?

I årtionden har halvledarindustrin i stor utsträckning följt en utveckling som förknippas med Moores lag: fler transistorer på samma yta genom att transistorerna krymps.

Tau-skalningslagen föreslår ett annat huvudmått. I stället för att främst fokusera på transistorernas geometriska storlek ska utvecklingen styras av τ, den tidskonstant som beskriver hur snabbt signaler kan färdas genom kretsar och system. Huawei beskriver det som en övergång från geometrisk skalning till tidsskalning. 2

Namnet ”Her’s Law” förekommer informellt på engelska som en ordlek med He Tingbos efternamn. Det är alltså inte en separat fysisk lag, utan ett alternativt smeknamn för Huaweis Tau-koncept. 13

I praktiken innebär strategin att företaget vill få ut mer datorkraft ur tillgänglig tillverkningsteknik genom att optimera hela kedjan – från transistor och krets till chip, paketering och system. LogicFolding är den arkitektur som ska omsätta principen i praktiken.

Kan detta ersätta EUV?

Kina har sedan 2019 hindrats från att importera ASML:s mest avancerade extremultravioletta litografimaskiner, så kallade EUV-maskiner. De används för att producera de allra minsta och mest avancerade plana transistorstrukturerna. 17

Huaweis förslag är därför strategiskt betydelsefullt: i stället för att försöka vinna samma litografikapplöpning vill företaget använda äldre, mer tillgänglig tillverkningsteknik tillsammans med avancerad tredimensionell design och chipintegration.

Det innebär däremot inte att EUV blir oviktigt. Även en tredimensionell arkitektur kräver exakta tillverkningssteg, avancerad paketering, sammanfogning av lager, kontroll av defekter och verktyg för att verifiera att hela konstruktionen fungerar. Tekniken kan minska beroendet av EUV för vissa täthets- och prestandamål, men den eliminerar inte behovet av avancerad halvledartillverkning.

Jämförelsen med Kina och TSMC

Kinas inhemska produktion i det absoluta teknikframkanten har i allmänhet beskrivits som ungefär 7-nanometerklass, och den har uppnåtts med äldre djupultraviolett litografi snarare än EUV. Huaweis plan försöker därför hoppa över flera nominella processgenerationer genom arkitektur och paketering i stället för enbart genom mindre transistorer. 15

TSMC befinner sig på en annan väg. Företaget har börjat producera chip med verklig 2-nanometerteknik och har sagt att massproduktion av en planerad 1,4-nanometerprocess kan inledas 2028. Det är ungefär tre år före Huaweis mål för 1,4-nanometersekvivalent transistortäthet. 15

Jämförelsen är därför inte helt rak. TSMC:s processbeteckning syftar på en faktisk tillverkningsgeneration, medan Huaweis mål främst beskriver en kombination av transistortäthet, design och systemprestanda som ska motsvara en sådan generation.

Varför genombrottet ännu inte är bevisat

Huawei presenterade ingen oberoende verifierad mätning av en färdig LogicFolding-produkt. Det saknas bland annat offentliga data om:

• faktisk chip- och systemprestanda,
• energiförbrukning under belastning,
• värmeutveckling och kylning,
• tillverkningsutbyte och defektnivåer,
• långsiktig tillförlitlighet,
• produktionskostnad och volymkapacitet.

Reuters bedömde därför att det fortfarande är oklart om Huaweis presentation utgör ett verkligt tekniskt genombrott. 12

Transistortäthet räcker inte

Ett chip kan ha fler transistorer per kvadratmillimeter utan att automatiskt matcha konkurrenterna i verklig användning. Hastighet, energieffektivitet, minnesbandbredd, I/O, mjukvarustöd, tillverkningsbarhet och kvaliteten på paketeringen är minst lika viktiga.

Vertikal stapling kan dessutom göra vissa delar av designen svårare. Ledningar måste dras mellan lager, strömförsörjningen blir mer komplicerad och varje lager måste kunna testas. Ett problem i ett lager kan i värsta fall påverka hela paketet.

Värme och AI-belastning

Värme är en särskilt stor utmaning när aktiva logiklager staplas ovanpå varandra. De inre lagren blir svårare att kyla, samtidigt som värme koncentreras till en mindre volym. Det kan begränsa den långvariga prestandan i kraftfulla AI-acceleratorer.

Analytiker har pekat ut värmeavledning, designverktyg och tillverkningsutbyte som centrala hinder. 6

EDA-verktyg och ekonomi

För att bygga LogicFolding-chip krävs elektroniska designautomationsverktyg, EDA, som kan hantera tredimensionell placering, ledningsdragning, timing, verifiering, värme, strömförsörjning och test i ett sammanhängande flöde.

Traditionella verktyg för tvådimensionell chipdesign är inte automatiskt lämpade för detta. Kina behöver därför mogna inhemska verktyg och en tillräckligt stabil produktionsprocess. Fler tillverknings- och paketeringssteg kan också öka kostnaderna och risken för fel. Om utbytet blir för lågt kan en teoretisk täthetsvinst försvinna i praktiken. 26

Huaweis större strategi

발표? no. Huawei’s announcement fits a broader effort to turn sanctions into a reason to build an alternative technology path. The company is attempting to strengthen domestic capabilities in chip design, manufacturing, advanced packaging and AI computing rather than wait for access to EUV, leading U.S. EDA tools or Nvidia’s most advanced products. 12

Ett tidigare viktigt steg var Mate 60-comebacken 2023. Telefonen använde ett inhemskt tillverkat Kirin-chip i 7-nanometerklass och blev ett politiskt och kommersiellt tecken på att sanktionerna inte hade stoppat Huaweis återhämtning inom mobilchip. Den nya planen flyttar fokus från en enskild comebackprodukt till en långsiktig färdplan för mobil- och AI-chip. 12

Nvidias mer begränsade ställning på den kinesiska marknaden ökar samtidigt betydelsen av Huaweis satsning. Exportregler har begränsat tillgången till Nvidias mest avancerade AI-acceleratorer, och kinesiska chipföretag har fått större utrymme. Huawei har stärkts, men dess dominans är inte säkerställd och flera inhemska konkurrenter försöker också ta marknadsandelar. 78

I kinesisk offentlig debatt har presentationen i stor utsträckning tolkats som ett bevis på att externa begränsningar kan stimulera inhemsk innovation och konkurrens. Den politiska tolkningen bör dock hållas isär från den tekniska valideringen. Entusiasm ersätter inte oberoende data om prestanda, kostnad, utbyte och tillförlitlighet. 12

När det gäller kinesiska officiella eller offentliga uppmaningar till AI-samarbete mellan USA och Kina räcker det tillgängliga underlaget inte för att koppla någon enskild, auktoritativ reaktion direkt till LogicFolding-presentationen. Den större konflikten är tydlig: Kina vill bli mer tekniskt självförsörjande, medan båda länderna samtidigt har skäl att hantera riskerna med AI.

Huaweis besked är därför framför allt en berättelse om halvledarkonkurrens. Det kan bli en viktig arkitektonisk innovation – men än så länge är det en ambitiös färdplan, inte ett bevis på att Kina redan har löst problemen kring 1,4-nanometerchip.