一颗手机上跑的芯片,把它切开,里面不是一层,是两层。
8 万根硅通孔穿过下面那一片,两片芯片面对面贴上,铜对铜,直接键合在一起。极客湾(Geekerwan)在10 月 3 日把麒麟 9050 Pro 切开、做了三维重建,给出的结论很干脆:华为论文里写的那套结构,是真的。两片裸片,就这么叠着。
但真正值得盯住的,不是"它叠起来了"。
是论文里那个一直在往下走的数字:1.5 微米、1 微米、720 纳米、480 纳米。华为给它起了个名字,叫齿比。当齿比逼近 1,上下两片晶圆,在设计师眼里就成了同一片晶圆上的两个金属层。
这才是那条分界线。
一、切开看:一颗芯片,其实是两片一颗普通的手机 SoC,结构很直白:下面一块封装基板,往上是一层层金属布线,最上面一层逻辑电路。一层楼,一栋房。
麒麟 9050 Pro 不是这个结构。
它用了两颗裸片,上下堆叠,面贴着面,中间用铜-铜混合键合(Copper-to-Copper Hybrid Bonding)连起来——不是传统封装那种一个个焊球,而是金属层直接对金属层,在原子级别贴合。
上面那片是计算裸片,承担 CPU、GPU、NPU、DSP、ISP、内存控制器、基带这些吃算力的模块。下面那片专门放缓存和 I/O:L1、L2、L3,含12MB的 SLC,再加上 LPDDR PHY、USB 3.2、射频接口、PLL。
两片是谁代工的?业界拆解指向中芯国际的 N+3 和 N+2 两个节点。华为和中芯都没有官方确认过节点,这属于业界推断,不是官方规格,先按推断看。
两片裸片各自是11.13 毫米 × 10.84 毫米,单片面积约120.6 平方毫米,合起来241.3 平方毫米。上一代麒麟 9030 Pro 是141.7 平方毫米——也就说,这颗芯片的硅面积比前代多出约70%。
多出七成面积,但叠起来占的位置反而更小。这是它第一眼的价值。
代价也写在明处:大约8 万根硅通孔(TSV)穿过下面那片,把整个芯片接到基板上;这些通孔加上周围的禁布区,占掉了下片约8%的可用面积。
混合键合剖面:两片硅片面对面,中间是密集的铜柱阵列
二、它把每个模块,都横着切了一刀很多人以为,折叠就是把 CPU 放上面、GPU 放下面,各占一层。
真相比这个狠。
半导体分析机构 Kurnal Insights 放出的裸片显微图显示,华为不是把整个功能块搬上搬下,而是把每个模块都横着切了一刀。以超大核为例:整数、浮点、Load/Store 这些执行单元在上片,L1 和 L2 缓存就放在它们的正下方,靠铜键合直连。GPU、ISP、NPU、基带,同一套打法。
分工的逻辑很简单:缓存、I/O、PLL 发热低、对制程没那么敏感,放下片;运算单元热,放上片,散热条件更好。
这套思路和 AMD 的 3D V-Cache 有点像——都是拿缓存去叠计算。差别在两处:AMD 是把一整块缓存搬到另一层,华为是把逻辑功能块本身切开了;而且华为的键合密度比 AMD 高得多。
最直观的证据是 NPU。它两片合计的面积,比上一代 9030 Pro 大了150%。极客湾实测 INT8 算力68 TOPS,3B 参数模型的预填充快了3 倍。手机端侧能跑30B-A2B的混合专家模型——总参数 300 亿,每次只激活 20 亿。
这里要划一条线:拆解给出的,是结构。"时延降低、电压更低"是按原理推断出来的"应当",拆解本身没有实测降幅。华为官方口径里的"关键路径时延降 30%"属于官方数据,不是第三方实测,别混着说。
裸片表面:每个功能模块都被横切成上下两层
三、论文里那把没人提的尺子:齿比现在说本文最想说的一点。
芯片是一个二维世界。晶体管铺在一层平面里,信号横着跑。所谓 3D 堆叠,过去基本停留在封装层面——把做好的芯片摞起来,中间用焊球或者硅通孔连。问题是,这层连接的密度太稀。它像在两栋大楼之间架几座天桥:能过人,但过不了多少东西。
真正的分界线,是连接密度什么时候追上芯片内部的布线密度。
华为论文里给这个比值起了个名字:齿比(Gear Ratio)= 键合间距 ÷ 顶层金属间距。
这个数越小,两层之间连得越密。齿比小于 3,才能做电路单元级的跨层优化;而当齿比逼近 1,上下两片对设计师来说,就像同一片晶圆上的两个金属层——楼板可以随便开口打洞,"天桥"这个概念就消失了。
论文里有一句很关键的话:当顶层金属间距做到约720 纳米时,键合节距要压到 2 微米以下,理想状态是接近 720 纳米,这时跨层布线的额外开销几乎消失。
这就是这条路线的终点,也是起点。因为它意味着:就算光刻推不动了,还可以靠"把两层缝得足够密"来换性能。
华为的目标是让齿比逼近 1,同时把套刻精度控制在0.5 微米以内。
目前中文报道里,齿比这个词基本只被当成花絮提了一句。这大概率是全网还没人真正讲透的点。
四、华为自己给的时间表这条路线不是画饼,论文给了明确的时间表。
麒麟2026(也就是 9050 Pro 这一代):键合间距1.5 微米,垂直互连约5000 万,已量产。
麒麟2027:间距1 微米,互连超1 亿,已完成流片。
约三年后:间距720 纳米,互连超2 亿,目标是和顶层金属间距一对一。
最终目标:480 纳米,支持连接更低的金属层。
注意第一行。那篇材料里说"密度是 5000 万",严格讲这是约 5000 万个垂直互连——是总根数,不是每平方毫米的密度,两个口径别混。同理,1.5 微米是9050 Pro 这一代(论文里的"麒麟2026"),1 微米是下一代(麒麟2027),不是同一颗芯片的迭代。
密度上,这颗芯片从上一代的1.55 亿个/平方毫米提到2.38 亿个/平方毫米,单代提升过半。论文里的远期目标是:2030 年做到2.92 亿、4.3GHz;2031 年超过4 亿、5GHz,等效1.4 纳米。
不过要说清楚——当前这套实现,是有意保守的。键合节距只用 1.5 微米,垂直互连只向下延伸一层,折叠也只选择性地施加在关键路径上。华为没有一上来就全叠。
它换来了什么?看频率。2023 到 2025 这三年,麒麟的平面架构主频从 2.6GHz、2.65GHz 爬到 2.75GHz,三年涨了不到6%;换成折叠之后,单代直接跳到3.1GHz。
论文给的实测数据是(均为华为官方口径):性能核功耗效率提升41%,最高频率提升近13%,SRAM 频率提升超40%,时钟缓冲器数量减少超50%,时钟偏差减少25%,导线长度减少约30%,跨层片上网络的数据通路面积缩小55%。
第三方那边的成绩单要分两半看:Geekbench 7 跑分大约1317 / 5381(单核 / 多核);能效上,实测超过了用台积电 3 纳米做的 Google Tensor G6。但 CPU 绝对性能,按 Bernstein 的评估,仍落后苹果 A20 Pro 约30%。
再往大一点看,这套东西不只是给手机的。系统层的 Unified Bus,把跨节点延迟从数十微秒压到约100 纳秒;光互连模块 Hi-ONE 单模块8 Tb/s,传输距离从 1 米以内推到100 米。昇腾 AI 芯片计划在2030 年前后引入逻辑折叠,到 2035 年,AI 硬件的集成度要比 2026 年提升100 倍以上。
五、账单的另一半只算收益不算代价,那是宣传,不是账本。这条路的代价,一样清楚。
第一笔是热。 传统被动散热大概只能撑住100 W/cm²。折叠意味着至少两层高功耗电路叠在一起,热密度直接翻上去。行业里给这个代价起了个名字,叫"热税"(thermal tax)——主频会被散热约束住,还得额外配主动散热方案。
这也正是高通、苹果对这条路"不感兴趣"的核心原因。半导体博主 Taog_1575 的判断是:逻辑折叠的散热问题,和背面供电(BSPDN)的热损耗是一个逻辑;即便靠设计规则限制高性能单元的堆叠、靠缩短路径把功耗压下来,最终还是要面对整体散热能力下降。这是分析者的观点,不是结论,但它解释了为什么这条路目前几乎只有华为在走。
第二笔是工艺。 每多叠一层,光刻、薄膜沉积、化学机械抛光都要整轮重做,设备和材料的用量接近翻倍。
第三笔,也是很难的一笔,是工具。
折叠要求把多层晶圆当成一个整体来设计,还要能在最小的电路单元级别做跨层分配。这件事对 EDA(电子设计自动化)软件的要求,和过去完全不是一个量级。现状是:Cadence、Synopsys、西门子 EDA 这些商用工具,都还没有为这套方法做适配。华为这边在用北京大学的原型 EDA,加上华大九天的国产验证平台在撑。
而何庭波那篇论文里,把 EDA 列在挑战的第一位,给出的差距是国产 EDA 与海外相差约5 到 10 年。
第四笔是生态。 台积电的 CoWoS 占了全球先进封装份额的80% 以上,围绕它的产能、客户、设计服务已经成了一套体系。华为在折叠封装的设计思路上领先,但产能和生态不是一朝一夕的事。
最后要划一条红线:这篇论文自己写得很清楚,逻辑折叠不是放弃先进制程,而是在制程条件固定的前提下,用系统级的时间优化去换性能。所以不存在"不需要光刻机了""绕开先进制程就赢了"这类说法——那是把技术路线读成了口号。
六、这把尺子,量的是另一件事回到开头。如果把这篇稿子压成一句话,大概是:
华为这次真正改的,不是芯片的高度,是量芯片的那把尺子。
摩尔定律量的是晶体管数量翻一倍要多久。华为的论文提出的,是量另一个东西——τ,信号在系统里跑一趟要多久。谁的 τ 更小,谁就更快、更省电。在这个尺子下,把两颗芯片缝得足够密,和把晶体管做得足够小,是同一件事的两种解法。
这盘账至少有三层。
对华为:在先进制程受限的条件下,它用连接密度把"能效"这条线单独拉了起来——跑分没有超过苹果,但同等工作量下更省电,这对一台手机是实打实的。
对行业:先进封装已经从"配角"变成了主战场。CoWoS 之后下一站往哪走,华为和 imec 给的方向是同一个——键合节距继续往纳米级压。
对国内产业链:真正的胜负手,不在某一颗芯片的跑分上,而在设计这套折叠的软件工具什么时候能自己长出来。硬件的账好算,工具的账,要按年算。
这颗芯片并没有赢下跑分。它赢的地方在于:它找到了一条别人暂时没走的路,并且给出了这条路上未来四年每一步的具体数字。
剩下的问题只有一个——工具链跟得上吗?
你觉得,这道题里最难补的是散热、工艺,还是 EDA?评论区聊聊。
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