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在3月9日的蘋果春季發(fā)布會上蘋果發(fā)布了諸多新品，其中最亮眼的當屬蘋果頂級旗艦芯片M1 ULTRA。那么作為M1系列最后一款芯片，M1 ULTRA到底怎么樣呢？
1個 M1 ULTRA =2個M1 Max
如果用一句話簡單概括一下M1 ULTRA那就是：將2枚M1 Max通過封裝融合成一體，成為一枚芯片。
M1 Max實現(xiàn)了突破性的Die-to-Die(裸片到裸片)技術(shù)，因此可以基于兩個M1 Max的裸片擴展為M1 ULTRA，通過創(chuàng)新性的定制架構(gòu)UltraFusion連接在一起，帶來兩倍的性能表現(xiàn)。UltraFusion架構(gòu)采用硅中介層連接一萬余個信號點，在兩個裸片之間實現(xiàn)了2.5TB/s的低延遲處理器互聯(lián)帶寬。
從目前公布的信息看，蘋果早在開發(fā)M1 Max時就考慮到了這種“雙芯融合”的方案，在芯片版圖的上為將來的Die-to-Die連接預(yù)留了位置。那么這樣做有什么好處呢？
性能提升
對于目前的蘋果來說，目前所使用的臺積電5nm工藝已經(jīng)算是業(yè)界頂尖的工藝了，臺積電的3nm還在路上。那么這種情況下，蘋果想推出一款性能更強的芯片該怎么辦呢？這時有兩種辦法：
第一，是再設(shè)計一款面積更大的芯片。
第二，是將原來的芯片組合在一起使用，也就是說一次用兩顆。
對于熟悉半導(dǎo)體行業(yè)的朋友來說應(yīng)該都對5nm芯片高昂的造價有所耳聞，再設(shè)計一款面積更大的芯片，即使是蘋果成本上也很難抗住。那么就剩下第二條了，將兩個芯片或者更多數(shù)量的已有芯片合在一起使用。
如果想把兩枚芯片連在一起用，目前業(yè)界的主流做法是通過主板PCB連接。
比如像這款華碩的WS C621E SAGE 主板就屬于雙路CPU主板，在設(shè)計之初就支持兩塊CPU同時工作。
但這樣做缺點也很明顯，比如兩個CPU的插槽以及相應(yīng)連接所需的布線明顯會占用很大的PCB面積，這樣做出來的產(chǎn)品尺寸會很大。而且由于兩個CPU之間是通過PCB走線連接，延遲會變得很大。
在這里我們不難發(fā)現(xiàn)，通過主板PCB連接兩塊CPU所帶來的缺點基本都是連線過長導(dǎo)致的，那么縮短兩個芯片之間的連線距離不就可以解決了嗎？“膠水雙核”由此出現(xiàn)了。
“膠水雙核”是指使用特殊方法將兩個或更多芯片封裝在一起制造的處理器。由于這種特殊方法像是將兩個或更多核心用膠水粘在一起，由此而得名“膠水雙核”。
“膠水雙核”技術(shù)最早可以追溯到1995年的英特爾的Pentium Pro，但這并不是一項落后的技術(shù)。
比如AMD一代EPYC(霄龍)處理器就采用了這種所謂的“膠水雙核”技術(shù)。在圖上可以清晰地看出，它將4顆Die(裸片)封裝到了一顆CPU中。這樣4顆裸片的產(chǎn)品在性能上無疑是要強于1顆裸片(裸片型號相同)的產(chǎn)品。
在AMD一代EPYC處理器的開蓋視頻中我們可以發(fā)現(xiàn)，每顆裸片之間都有著毫米級肉眼可見的間距。蘋果所做的則是在此基礎(chǔ)上更近了一步，將兩顆裸片“貼臉”封裝，使得兩顆裸片之間的連線變得更短。并且由于之前設(shè)計M1 Max時預(yù)留的接口，兩顆裸片之間可以用更快的速度進行通訊，最終實現(xiàn)了兩顆裸片之間2.5TB/s的連接帶寬。
節(jié)約成本
雖然大家都知道芯片的流片成本很高，但其實只是流片的門檻成本高。當一款芯片開始大批量生產(chǎn)之后，邊際成本是比較低的。舉個例子來說，造芯片就像是造塑料洗臉盆。洗臉盆的生產(chǎn)線搭建起來很貴，但你把洗臉盆的生產(chǎn)線搭建起來之后，后面所需的材料成本就很低了。
如果這時候你想生產(chǎn)另一種尺寸的塑料洗臉盆，那你就需要修改生產(chǎn)線甚至重新搭建一條新生產(chǎn)線，這樣就貴了。
所以對于此時的蘋果來說，如果單獨設(shè)計另一個更大尺寸的芯片，而且還是5nm的芯片，成本是非常高的。所以蘋果最終的選擇是將兩顆M1 Max封裝到一起，這樣新產(chǎn)品可以繼續(xù)利用原有M1 Max的生產(chǎn)線，只需要最后將裸片進行特殊封裝就可以了。
這就像是一個生產(chǎn)塑料洗臉盆的廠商，原來是一個洗臉盆裝一個紙箱，現(xiàn)在變成了兩個洗臉盆裝一個紙箱，此時只需要重新訂購更大尺寸的紙箱就可以了。
另一方面，就是裸片的良率問題了。當裸片的面積越大時，良率就會越低。
假設(shè)一塊小晶圓上面最多可以生產(chǎn)4塊M1 Max，如圖所示當晶圓上出現(xiàn)一個“壞點”時，最終就只能生產(chǎn)出3塊M1 Max，這時良率是75%。而當出現(xiàn)兩個“壞點”時，最終就只能生產(chǎn)出2塊M1 Max，這時良率是50%。但如果直接生產(chǎn)M1 ULTRA這樣大面積的裸片會發(fā)生什么呢？
這時同樣的一個晶圓上最多可以生產(chǎn)2塊M1 ULTRA。如圖所示當晶圓上出現(xiàn)一個“壞點”時，最終就只能生產(chǎn)出1塊M1 ULTRA，這時良率是50%。而當出現(xiàn)兩個“壞點”時，最終就只能生產(chǎn)出0塊M1 ULTRA，這時良率是0%。
由此可以看出當裸片的面積越大，其它條件相同時，良率就會越低。反之如果把一個大芯片分成兩個小芯片做，良率就會提高。良率提高了，相應(yīng)成本也就省下來了。
結(jié)語
在文章的最后，我有一些想法和補充的信息，在此分享給大家。
1、蘋果作為一家Fabless(無晶圓廠模式)公司，對于半導(dǎo)體工藝發(fā)展進入瓶頸這件事是無能為力的。只能等待臺積電、三星等晶圓廠研發(fā)出更先進的工藝。
2、在工藝進入瓶頸之后，芯片性能如果再想提升，蘋果這種做法是簡單粗暴而且有效的。
3、Die-to-Die技術(shù)的本質(zhì)是將一個大的Die(裸片)分成幾個小的Die(裸片)來做，這樣成本更低。
4、現(xiàn)在業(yè)界也有這種設(shè)計的趨勢，將原來一個大芯片拆成幾個小芯片進行設(shè)計制造。
5、這種技術(shù)并不是完美的，比如會引入額外的散熱負擔。而通過主板PCB連接兩顆CPU這種方式，散熱問題會小很多。畢竟間距夠大，可以通過多個散熱器解決。
6、基于此種情況進行一個預(yù)測，M1 ULTRA的實際性能不會是M1 Max的2倍，但應(yīng)該能超過1.5倍。畢竟蘋果有“單管壓i9”的前例在，散熱問題處理得怎么樣還是要等真機發(fā)售之后看。
原標題：蘋果M1 Ultra也玩起了“膠水雙核”？
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