電子發燒友網報道(文/周凱揚)在前幾日剛結束的蘋果春季發布會中，蘋果發布了其Apple Silicon陣營下迄今為止性能最強大的一款芯片，M1 Ultra。這顆芯片上，蘋果用到了神奇的“膠水”技術，將兩顆M1 Max芯片拼在一起，組成了其有史以來規模最大的芯片，單個芯片內含1140億個晶體管。

又是5nm，還是M1

由于芯片的邏輯架構其實并沒有改變，仍是基于A14的架構，所以這顆怪獸芯片依然以M1作為前綴，且依然基于臺積電的5nm工藝制造。在CPU和GPU上，M1 Ultra憑借20核CPU和64核GPU，基本實現了剛好兩倍的性能。而M1 Ultra的統一內存規模也隨之翻了兩倍，將內存帶寬提升至了800GB/s。

為何蘋果會選擇繼續使用5nm，而不等著用臺積電的3nm呢?一個說法自然是滿天飛的“臺積電3nm延期”傳聞。據傳3nm雖然可以做到今年下半年量產，但良率爬坡上遇到了較大阻力。

即便這個傳聞并不真實，蘋果也不會選擇在電腦芯片上首發3nm，就好比同在2020年面世的A14和M1芯片一樣，后者晚了一個月發售。這是蘋果首先保證iPhone產量的考量，在iPhone14面世之前，我們應該是見不到M2芯片了。屆時蘋果在M2上用的是A15的架構，還是A16的架構，那就不好說了，如果是前者的話，那蘋果說不定還得占著一部分5nm產能。

臺積電支持下的“膠水”技術

通俗說法的“膠水”技術也就是我們常說的MCM(多芯片模塊)封裝技術，這樣的結構實現形式有多種，從M1 Ultra的芯片圖來看，無疑用到的就是臺積電的CoWoS-S 2.5D封裝技術，利用硅中介層完成兩個芯片互聯。而且從其統一內存的排布來看，臺積電的CoWoS-S已經可以完美集成8個HBM了，這個速度確實要超過英特爾和三星。

這一2.5D封裝技術用于不少網絡IC以及大型AI芯片中，為了就是實現更大的芯片規模，進一步提高帶寬等性能。據了解，M1 Ultra在CoWoS-S封裝上用到的ABF基板，依然與M1一樣，來自欣興電子。

蘋果的“膠水”技術能一直延續下去嗎?

在蘋果發布Mac Studio并公布具體參數后，不少用戶發現了一個有趣的細節，那就是M1 Max版本的Mac Studio重達2.7千克，而搭載M1 Ultra的Mac Studio重達3.6千克。這難道是因為M1 Ultra的電源功率更高嗎，并非如此，兩者充電器通用且用到的都是同樣的370W電源。那么這多出來的重量，究竟是什么加上去的呢?

答案就是散熱，在蘋果的官方回復中，蘋果指出多出的重量是因為M1 Ultra配備了一個更大的銅散熱模組，而M1 Max用的是鋁散熱器。本在同樣的體積下，銅就比鋁要重三倍以上，但銅的導熱性能要優于鋁，這也就是為何不少電子產品中都選擇使用銅管或銅片散熱的原因

眾所周知，蘋果的Macbook Pro產品系列用的一向是風扇+“夢幻單熱管”，如此一來散熱常常被人所詬病，尤其是在以前英特爾芯片的機型上，也就是到了近兩年換為ARM架構的芯片后才解決了散熱差的遺留問題。

因此即便蘋果可以繼續通過“膠水”技術，通過擴大芯片規模來穩步提升性能，這也不是一個可延續的方式。Mac Studio這種已經在往ITX靠的機器設備還好，而對Macbook Pro這樣的便攜筆記本設備來說，多出來的近1千克重量感知太強了。此外，蘋果顯然不會在筆記本的散熱結構上做出大改，否則不僅是散熱模組，連機身模具也得重新設計。

蘋果從來都是一套方案用幾年，而剛改過外形的Macbook Pro自然不可能一年內再換一套設計。這也就是為何蘋果為M1 Max預留了互聯部分，卻沒有在Macbook Pro中用到M1 Ultra的原因。不得不令人感嘆，蘋果在精打細算上確實在行。

Apple Silicon的下一步是什么?

其實M1 Ultra用到的“膠水”技術既不是蘋果的殺手锏，也遠非臺積電的全部實力。MCM的實現可以通過2D封裝技術和2.5D封裝技術，也可以通過更先進的3D封裝技術完成，而這兩家在設計和制造3D封裝的芯片早有積累。

在蘋果去年4月公布的一份專利中，蘋果就提到了一種重構3DIC架構，讓每個封裝層上的單個和多顆裸片既可以作為功能芯片，也可以作為相鄰封裝層上多個裸片之間的通信橋梁。從上面這張專利示意圖中可以看出，這是一種高度集成的封裝方式。而具體如何實現這種芯片的制造，還得看臺積電。

臺積電的3DFabric可以說是目前業內最先進的3D封裝技術之一，充分結合了他們的InFO和CoWoS 2.5D封裝技術(后端3D技術)，以及SoIC芯片3D堆疊方案(前端3D技術)。在SoIC芯片3D堆疊方案中，又分為CoW(Chip On Wafer)和WoW(Wafer On Wafer)，后者屬于直接晶圓堆疊，也是上述蘋果專利中選擇的堆疊方案。

根據臺積電的說法，WoW可以做到更小的間距和硅通孔，從而將寄生效應最小化，做到更好的性能、更低的功耗和延遲以及最小的占用面積。而Graphcore前不久發布的IPU也是首個使用臺積電WoW方案的處理器，用的也是臺積電的7nm工藝。至于為什么用7nm，除了成本和性能的考量外，還涉及到WoW的兩個缺點，一是裸片橫向拼接的大小必須一致，這樣才能完美堆疊;二是堆疊的裸片必須都是合格裸片(KGD)，所以比較適合成熟工藝節點，這樣良率才能有保障。

這對于蘋果也是一樣，從成本和芯片PPA的雙向角度來考慮的話，2.5D封裝已經可以滿足蘋果的設計目標了，WoW這樣的技術肯定要等成熟之后才會使用。在M1系列續航無人可及，而性能又名列前茅的現狀下，蘋果倒也沒必要暴露全部家底。不過讓人好奇的是，蘋果在手機芯片上已經做到了領先，M1 Ultra雖然性能出眾，還不至于在桌面處理器中傲視群雄。但若是在下一代Mac Pro上，蘋果會不會再將規模翻上一番呢?

原文標題：M1 Ultra雙芯片如何拼接?“膠水”技術揭秘

文章出處：【微信公眾號：電子發燒友網】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅