又是5nm,还是M1
由于芯片的逻辑架构实在并没有改变,仍是基于A14的架构,以是这颗怪兽芯片依然以M1作为前缀,且依然基于台积电的5nm工艺制造。在CPU和GPU上,M1 Ultra凭借20核CPU和64核GPU,基本实现了刚好两倍的性能。而M1 Ultra的统一内存规模也随之翻了两倍,将内存带宽提升至了800GB/s。
为何苹果会选择连续利用5nm,而不等着用台积电的3nm呢?一个说法自然是满天飞的“台积电3nm延期”传闻。据传3nm虽然可以做到今年下半年量产,但良率爬坡上碰着了较大阻力。

即便这个传闻并不真实,苹果也不会选择在电脑芯片上首发3nm,就好比同在2020年面世的A14和M1芯片一样,后者晚了一个月发售。这是苹果首先担保iPhone产量的考量,在iPhone14面世之前,我们该当是见不到M2芯片了。届时苹果在M2上用的是A15的架构,还是A16的架构,那就不好说了,如果是前者的话,那苹果说不定还得占着一部分5nm产能。
台积电支持下的“胶水”技能
普通说法的“胶水”技能也便是我们常说的MCM(多芯片模块)封装技能,这样的构造实现形式有多种,从M1 Ultra的芯片图来看,无疑用到的便是台积电的CoWoS-S 2.5D封装技能,利用硅中介层完成两个芯片互联。而且从其统一内存的排布来看,台积电的CoWoS-S已经可以完美集成8个HBM了,这个速率确实要超过英特尔和三星。
M1 Ultra芯片图 / 苹果
这一2.5D封装技能用于不少网络IC以及大型AI芯片中,为了便是实现更大的芯片规模,进一步提高带宽等性能。据理解,M1 Ultra在CoWoS-S封装上用到的ABF基板,依然与M1一样,来自欣兴电子。
苹果的“胶水”技能能一贯延续下去吗?
在苹果发布Mac Studio并公布详细参数后,不少用户创造了一个有趣的细节,那便是M1 Max版本的Mac Studio重达2.7千克,而搭载M1 Ultra的Mac Studio重达3.6千克。这难道是由于M1 Ultra的电源功率更高吗,并非如此,两者充电器通用且用到的都是同样的370W电源。那么这多出来的重量,究竟是什么加上去的呢?
Mac Studio的尺寸与重量 / 苹果
答案便是散热,在苹果的官方回答中,苹果指出多出的重量是由于M1 Ultra配备了一个更大的铜散热模组,而M1 Max用的是铝散热器。本在同样的体积下,铜就比铝要重三倍以上,但铜的导热性能要优于铝,这也便是为何不少电子产品中都选择利用铜管或铜片散热的缘故原由
众所周知,苹果的Macbook Pro产品系列用的一向是风扇+“梦幻单热管”,如此一来散热常常被人所诟病,尤其是在以前英特尔芯片的机型上,也便是到了近两年换为ARM架构的芯片后才办理了散热差的遗留问题。
因此即便苹果可以连续通过“胶水”技能,通过扩大芯片规模来稳步提升性能,这也不是一个可延续的办法。Mac Studio这种已经在往ITX靠的机器设备还好,而对Macbook Pro这样的便携条记本设备来说,多出来的近1千克重量感知太强了。此外,苹果显然不会在条记本的散热构造上做出大改,否则不仅是散热模组,连机身模具也得重新设计。
苹果从来都是一套方案用几年,而刚改过形状的Macbook Pro自然不可能一年内再换一套设计。这也便是为何苹果为M1 Max预留了互联部分,却没有在Macbook Pro中用到M1 Ultra的缘故原由。不得不令人感叹,苹果在一个钱打二十四个结上确实在行。
Apple Silicon的下一步是什么?
实在M1 Ultra用到的“胶水”技能既不是苹果的杀手锏,也远非台积电的全部实力。MCM的实现可以通过2D封装技能和2.5D封装技能,也可以通过更前辈的3D封装技能完成,而这两家在设计和制造3D封装的芯片早有积累。
重构3DIC架构 / 苹果
在苹果去年4月公布的一份专利中,苹果就提到了一种重构3DIC架构,让每个封装层上的单个和多颗裸片既可以作为功能芯片,也可以作为相邻封装层上多个裸片之间的通信桥梁。从上面这张专利示意图中可以看出,这是一种高度集成的封装办法。而详细如何实现这种芯片的制造,还得看台积电。
台积电的3DFabric可以说是目前业内最前辈的3D封装技能之一,充分结合了他们的InFO和CoWoS 2.5D封装技能(后端3D技能),以及SoIC芯片3D堆叠方案(前端3D技能)。在SoIC芯片3D堆叠方案中,又分为CoW(Chip On Wafer)和WoW(Wafer On Wafer),后者属于直接晶圆堆叠,也是上述苹果专利中选择的堆叠方案。
SoIC-WoW方案 / 台积电
根据台积电的说法,WoW可以做到更小的间距和硅通孔,从而将寄生效应最小化,做到更好的性能、更低的功耗和延迟以及最小的占用面积。而Graphcore前不久发布的IPU也是首个利用台积电WoW方案的处理器,用的也是台积电的7nm工艺。至于为什么用7nm,除了本钱和性能的考量外,还涉及到WoW的两个缺陷,一是裸片横向拼接的大小必须同等,这样才能完美堆叠;二是堆叠的裸片必须都是合格裸片(KGD),以是比较适宜成熟工艺节点,这样良率才能有保障。
这对付苹果也是一样,从本钱和芯片PPA的双向角度来考虑的话,2.5D封装已经可以知足苹果的设计目标了,WoW这样的技能肯定要等成熟之后才会利用。在M1系列续航无人可及,而性能别号列前茅的现状下,苹果倒也没必要暴露全部家底。不过让人好奇的是,苹果在手机芯片上已经做到了领先,M1 Ultra虽然性能出众,还不至于在桌面处理器中傲视群雄。但若是不才一代Mac Pro上,苹果会不会再将规模翻上一番呢?