苹果M1ULTRA玩起“双芯片融合”，好处都有啥

在 3 月 9 日的苹果春季发布会上苹果发布了诸多新品，其中最亮眼的当属苹果顶级旗舰芯片 M1 ULTRA那么作为 M1 系列最后一款芯片，M1 ULTRA 到底怎么样呢

1 个 M1 ULTRA =2 个 M1 Max

如果用一句话简单概括一下 M1 ULTRA 那就是:将 2 枚 M1 Max 通过封装融合成一体，成为一枚芯片。

M1 Max 实现了突破性的 Die—to—Die技术，因此可以基于两个 M1 Max 的裸片扩展为 M1 ULTRA，通过创新性的定制架构 UltraFusion 连接在一起，带来两倍的性能表现UltraFusion 架构采用硅中介层连接一万余个信号点，在两个裸片之间实现了 2.5TB / s 的低延迟处理器互联带宽

从目前公布的信息看，苹果早在开发 M1 Max 时就考虑到了这种双芯融合的方案，在芯片版图的上方为将来的 Die—to—Die 连接预留了位置那么这样做有什么好处呢

性能提升

对于目前的苹果来说，目前所使用的台积电 5nm 工艺已经算是业界最顶尖的工艺了，台积电的 3nm 还在路上那么这种情况下，苹果想推出一款性能更强的芯片该怎么办呢

第一，是再设计一款面积更大的芯片。

第二，是将原来的芯片组合在一起使用，也就是说一次用两颗。

对于熟悉半导体行业的朋友来说应该都对 5nm 芯片高昂的造价有所耳闻，再设计一款面积更大的芯片，即使是苹果成本上也很难抗住那么就剩下第二条了，将两个芯片或者更多数量的已有芯片合在一起使用

如果想把两枚芯片连在一起用，目前业界的主流做法是通过主板 PCB 连接。三星将需要一切优势来与iPhone12ProMax竞争，我们认为它是当今市场上最好的智能手机相机。

比如像这款华硕的 WS C621E SAGE 主板就属于双路 CPU 主板，在设计之初就支持两块 CPU 同时工作。

但这样做缺点也很明显，比如两个 CPU 的插槽以及相应连接所需的布线明显会占用很大的 PCB 面积，这样做出来的产品尺寸会很大而且由于两个 CPU 之间是通过 PCB 走线连接，延迟会变得很大

在这里我们不难发现，通过主板 PCB 连接两块 CPU 所带来的缺点基本都是连线过长导致的，那么缩短两个芯片之间的连线距离不就可以解决了吗胶水双核由此出现了

胶水双核是指使用特殊方法将两个或更多芯片封装在一起制造的处理器由于这种特殊方法像是将两个或更多核心用胶水粘在一起，由此而得名胶水双核

胶水双核技术最早可以追溯到 1995 年的英特尔的 Pentium Pro，但这并不是一项落后的技术。

比如 AMD 一代 EPYC处理器就采用了这种所谓的胶水双核技术在图上可以清晰地看出，它将 4 颗 Die封装到了一颗 CPU 中这样 4 颗裸片的产品在性能上无疑是要强于 1 颗裸片的产品

在 AMD 一代 EPYC 处理器的开盖视频中我们可以发现，每颗裸片之间都有着毫米级肉眼可见的间距苹果所做的则是在此基础上更近了一步，将两颗裸片贴脸封装，使得两颗裸片之间的连线变得更短并且由于之前设计 M1 Max 时预留的接口，两颗裸片之间可以用更快的速度进行通讯，最终实现了两颗裸片之间 2.5TB / s 的连接带宽

节约成本

虽然大家都知道芯片的流片成本很高，但其实只是流片的门槛成本高当一款芯片开始大批量生产之后，边际成本是比较低的举个例子来说，造芯片就像是造塑料洗脸盆洗脸盆的生产线搭建起来很贵，但你把洗脸盆的生产线搭建起来之后，后面所需的材料成本就很低了

如果这时候你想生产另一种尺寸的塑料洗脸盆，那你就需要修改生产线甚至重新搭建一条新生产线，这样就贵了。

所以对于此时的苹果来说，如果单独设计另一个更大尺寸的芯片，而且还是 5nm 的芯片，成本是非常高的所以苹果最终的选择是将两颗 M1 Max 封装到一起，这样新产品可以继续利用原有 M1 Max 的生产线，只需要最后将裸片进行特殊封装就可以了

这就像是一个生产塑料洗脸盆的厂商，原来是一个洗脸盆装一个纸箱，现在变成了两个洗脸盆装一个纸箱，此时只需要重新订购更大尺寸的纸箱就可以了。

另一方面，就是裸片的良率问题了当裸片的面积越大时，良率就会越低

假设一块小晶圆上面最多可以生产 4 块 M1 Max，如图所示当晶圆上出现一个坏点时，最终就只能生产出 3 块 M1 Max，这时良率是 75%而当出现两个坏点时，最终就只能生产出 2 块 M1 Max，这时良率是 50%但如果直接生产 M1 ULTRA 这样大面积的裸片会发生什么呢

这时同样的一个晶圆上最多可以生产 2 块 M1 ULTRA如图所示当晶圆上出现一个坏点时，最终就只能生产出 1 块 M1 ULTRA，这时良率是 50%而当出现两个坏点时，最终就只能生产出 0 块 M1 ULTRA，这时良率是 0%

由此可以看出当裸片的面积越大，其它条件相同时，良率就会越低反之如果把一个大芯片分成两个小芯片做，良率就会提高良率提高了，相应成本也就省下来了

结语

在文章的最后，我有一些想法和补充的信息，在此分享给大家。从历史上看，三星在移动成像方面采取了更多的硬件密集型方法，越来越多地使用自己的自制传感器，而不是抢购索尼的现成传感器，并且很早就在其设备上采用双镜头和三镜头相机。。

1，苹果作为一家 Fabless公司，对于半导体工艺发展进入瓶颈这件事是无能为力的只能等待台积电，三星等晶圆厂研发出更先进的工艺

2，在工艺进入瓶颈之后，芯片性能如果再想提升，苹果这种做法是简单粗暴而且有效的。

3，Die—to—Die 技术的本质是将一个大的 Die分成几个小的 Die来做，这样成本更低。

4，现在业界也有这种设计的趋势，将原来一个大芯片拆成几个小芯片进行设计制造。

5，这种技术并不是完美的，比如会引入额外的散热负担而通过主板 PCB 连接两颗 CPU 这种方式，散热问题会小很多毕竟间距够大，可以通过多个散热器解决

6，基于此种情况进行一个预测，M1 ULTRA 的实际性能不会是 M1 Max 的 2 倍，但应该能超过 1.5 倍毕竟苹果有单管压 i9的前例在，散热问题处理得怎么样还是要等真机发售之后看

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