苹果发布“合二为一”芯片，华为公布“芯片叠加”的专利

Posted 2022-03-15 strongerHuang

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素材来源 | 网络、EDN电子技术设计

昨日凌晨的苹果春季发布会上，苹果发布了最强的 “M1‌ Ultra”芯片。

在大会上，苹果公布了 M1‌ Ultra 芯片很多牛逼的参数，比如：

• 晶体管数量1140亿颗

• 20核CPU（16 个高性能内核和 4 个高效内核）

• 最高64核GPU

• 32核神经网络引擎

• 2.5TB/s数据传输速率

• 800GB/s内存带宽

• 最高128GB统一内存

M1 Ultra 是 Apple 芯片的又一个游戏规则改变者，它将再次震撼 PC 行业。通过将两个M1 Max 芯片与我们的 UltraFusion 封装架构相连接，我们能够将 Apple 芯片扩展到前所未有的新高度。

苹果公司硬件技术高级副总裁Johny Srouji表示：“凭借其强大的CPU、庞大的 GPU、令人难以置信的神经引擎、ProRes 硬件加速和海量统一内存，M1 Ultra 完善了M1系列，成为世界上最强大、功能最强大的个人计算机芯片。”

苹果的Ultra Fushion架构

众所周知，要做更强大的芯片，就需要堆更多的电路，更多的晶体管，而工艺越先进，同样的面积就能塞进去更多晶体管，芯片性能上限就越高，这也是为何大家追求更先进制程的原因之一。

但在当下的工艺技术条件下，晶体管多了，良率就会降低，良率低了，那每个芯片就会变得非常昂贵，那么如何才能在降低成本的前提下，做出超越极限的芯片呢？

苹果的做法是采用M1 Max中隐藏的芯片互连模块，通过Ultra Fushion架构把两块芯片像拼拼图一样“合二为一”。

苹果的“Ultra Fushion”其实就是Die to Die Connection，就是在芯片设计时在同一个封装（package）里面使用多枚硅片（silicon），并且在其中设计极其高速的互联通道，使得这两块硅片可以形同一块芯片一样共同工作。

UltraFusion使用了1万条DTD连接，提供了高达2.5TB/s的互联速度，它的带宽极高、能耗极低，而且由于是数块die共同封装，其对良率的敏感度要远低于一块超巨型芯片，因此DTD也被认为是未来芯片性能发展的一条具有巨大潜力的道路。

值得一提的是，M1 Max是一个基于小芯片(chiplet)的设计中将多个芯片堆叠在一起的芯片模块(MCM)，其2-tile的规格使其从CPU到GPU到NPU到内存带宽到内存容量，全部都是2xM1 Max的规格。

与华为的“芯片叠加专利”思路一致

当然这条道路也不是只有苹果在走，AMD 早在 2017 年就引入了 MCM 并且在 2019 年引入了Chiplet 设计，未来的发展趋势是进一步提升堆叠能力，实现所谓的 3D 堆叠，也就是不仅在 2D 上扩展，还要在垂直方向上扩展。

而国内企业有同样思路的就是华为海思了。

在2021年5月份的时候，华为将“双芯叠加”的专利进行了公开，并表示14nm技术可以到达7nm的性能，此消息一出顿时在世界范围内引起热议，得到全球的关注。

简单来讲14nm与7nm之间，它们的主要差别就是在芯片面积相同的情况下，7nm可以拥有更多的晶体管数量，在性能方面自然也会有所提升。

高性能产品走chiplet这条路走得通

知乎用户@超合金彩虹糖表示，这颗M1 Ultra是苹果野心的进一步延续，连最有钱的苹果也转向chiplet了，这预示着也许未来在消费级领域，高性能产品走chiplet这条路可以走得通。

目前来看，芯片组合叠加已经从理论变成现实，从芯片封装的角度来看，逐渐从2.5D封装走向3D封装，芯粒 (Chiplet) 将提供最佳性能和最大灵活性。

台积电、英特尔、三星、AMD等十家公司已经行动了，联合创建UCIe联盟。（详情：英特尔、AMD、Arm等九大企业宣布UCIe开放标准，推动Chiplet发展）

UCIe联盟创建的初衷是将小芯片打造成开放，互联的产业发展生态，让不同客户也能通过各类小芯片产品满足更多的需求。

未来，以Chiplet模式集成的芯片会是一个“超级”异构系统，可以带来更多的灵活性和新的机会。

芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民曾表示，对于产业来说，Chiplet带来了新的机会，在标准与生态层次上，Chiplet建立了新的可互操作的组件、互连协议和软件生态系统；对于芯片制造与封装来说，增设了多芯片模块 (Multi-Chip Module，MCM) 业务，Chiplet迭代周期远低于ASIC，可提升晶圆厂和封装厂的产线利用率；对于半导体IP来说，升级为Chiplet供应商，可提升IP的价值且有效降低芯片客户的设计成本；最后对于芯片设计来说，降低了大规模芯片设计的门槛。

戴伟民建议国内企业持续推进Chiplet量产和2.5D/3D封测技术开发。

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