關(guān)于蘋果的自研芯片 M1 系列仍然有著許多謎題。

也就在最近，關(guān)于 M1 芯片的后續(xù)，M2、M3 的傳聞紛沓至來，不過多是一些捕風(fēng)捉影的信息，對于架構(gòu)、性能、核心這些都沒有特別明確的信息，而更多的是圍繞臺積電工藝節(jié)點(diǎn)的升級。

M1 還沒出完，M2、M3 或許就要來了。圖片來自：progamer

臺積電 4nm、3nm 等新的制程工藝可能會是較大的升級點(diǎn)。如此來說，在能耗比上已驚艷眾人的 M1 系列，M2、M3 只增不減。

只是，在兩年后，當(dāng)節(jié)點(diǎn)工藝升級到 3nm 之后呢？

大概有兩條，一條是把節(jié)點(diǎn)工藝干到 1nm，無線逼近物理極限，但難上加難。另一條是繞過節(jié)點(diǎn)工藝升級帶來的福利，走 Chiplet「小芯片」之路。

一顆 M1 Max 不夠？那就給 Mac Pro 裝上兩顆

不過，一向不喜歡被供應(yīng)鏈擺布的蘋果，在吃節(jié)點(diǎn)、ARM 芯片高能效比優(yōu)勢的同時，或許也在找可行之法。

從 M1 到性能更強(qiáng)的 M1 Pro、M1 Max，它們有著幾乎相同的架構(gòu)，單核心的性能釋放較為接近，最大的不同其實(shí)是在核心數(shù)目上。

甚至，你也可以簡單的理解為，基于 ARM 的 M 芯片是靠著堆核心數(shù)目來獲得更高的性能天花板。

M1：CPU 4+4 核，GPU 8 核，160 億晶體管，16 核心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

M1 Pro：CPU 2+8 核，GPU 16 核，337 億晶體管，16 核心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

M1 Max：CPU 2+8 核，GPU 32 核；570 億晶體管，16 核心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

而簡單的從另一個維度來看，M1 芯片面積約 120mm2，M1 Pro 為 245mm2，到了 M1 Max 這里就直接飆升到 M1 Max 432mm2。

同一代 M 芯片，越 Max，核心數(shù)、芯片面積也就約 Max，從這里也不難理解蘋果對 M 芯片的命名規(guī)則了，通俗易懂，微軟、Intel、高通真的該好好學(xué)學(xué)。

雖然蘋果芯片架構(gòu)師、副總裁蒂姆?米勒特（Tim Millet）早在 11 月份就在 Upgrade 播客里詳細(xì)的闡述了蘋果研發(fā) M 芯片的辛路歷程，但對于 M 芯片接下來如何發(fā)展，以及在 Max 基礎(chǔ)之上如何更 Max 只字未提。

蘋果芯片架構(gòu)師、副總裁蒂姆?米勒特（Tim Millet）. 圖片來自：Apple

隨著 MacBook Pro 14/16 陸續(xù)上市，經(jīng)過許多民間 DIYer 的探究，似乎也發(fā)現(xiàn)了蘋果讓 M1 Max 更 Max 伏筆。

那就是「放兩個 M1 Max 進(jìn)去，甚至還可以加倍」。

M1 Max 隱藏區(qū)域。圖片來自：HothardWare

這個猜想實(shí)則是基于拆解后，發(fā)現(xiàn) M1 Max 相對于 M1 Pro 多出了一塊「不明區(qū)域」，腦洞一番之后，猜測是為連接兩顆甚至多顆 M1 Max 預(yù)留的「高速總線」。

Tim Cook：Intel，this is for you. 圖片來自：Max Tech

這也契合了此前新 iMac Pro、Mac Pro 會采用多顆 M1 Max 組成的超大顆處理器的傳聞。「這簡直就像是在玩樂高、堆積木，簡直亂拳打死老師傅」。

不過，「堆積木」這個說法并不太準(zhǔn)確，「拼圖」更精準(zhǔn)一些。如此來說，雙份 M1 Max 的芯片面積會相當(dāng)可觀，四倍那就更前無古人了。

M1 Max Duo 超過英偉達(dá)的頂級 GPU GA100 芯片面積（826mm2）幾乎板上釘釘。

如此巨大的 SoC，縱觀整個半導(dǎo)體歷史，絕對能夠算上「霸王龍」級別的芯片，更別說它會基于 5nm 工藝，成本也極有可能超過任何一枚當(dāng)代的芯片。

當(dāng) M 系芯片走進(jìn)「侏羅紀(jì)公園」

從重達(dá) 30 噸，占地 170 平方米的初代計算機(jī) ENIAC，到現(xiàn)在的桌上 PC，設(shè)備幾乎都朝著小型化、集成化發(fā)展。

而半導(dǎo)體世界的處理器也是如此，當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)還屬于 μm 時，英特爾初代奔騰（Pentium）面積大概是 294mm2，基于 0.8μm 工藝。

Intel Pentium III Xeon.

在 x86 處理器時代，Intel Pentium III Xeon 面積達(dá)到 385mm2，基于 0.18μm 工藝。但在當(dāng)時，眾處理器廠商在嚴(yán)控體積打壓成本推出較為平價的 PC 以推向大眾。

后續(xù)，無論是 64 位的普及，還是工藝節(jié)點(diǎn)的躍升，處理器的尺寸多是控制在 500mm2 以下，成本控制，高效利用晶圓的前提下，幾近遏制住了消費(fèi)級處理器面向「恐龍化」的發(fā)展。

消費(fèi)半導(dǎo)體行業(yè)似乎也逐步從侏羅紀(jì)慢慢走向了新時代。

民間大神也在為蘋果 M 芯片的發(fā)展之路出謀劃策。圖片來自：Twitter

而此時蘋果 M 芯片可能的發(fā)展路線似乎又繞回到了「侏羅紀(jì)」，只不過處理器尺寸躍進(jìn)的同時，晶體管的密度也沒有落下。

雖然聽起來將兩枚芯片拼在一起應(yīng)該不難，也無需重新設(shè)計架構(gòu)、核心。但實(shí)際之中，隨著芯片面積的增加（尤其是成倍的增長），以及保證足夠良率和產(chǎn)能的情況下，成本直接起飛。

而蘋果的 M 系芯片依然是個消費(fèi)級產(chǎn)品，一年前擺脫 Intel，一方面是為了控制產(chǎn)品力，另一方面其實(shí)還是控制成本，達(dá)到利潤最大化。大面積 SoC 飄忽不定的成本顯然不是蘋果所期望的。

M1 Max 最高的統(tǒng)一內(nèi)存是 64GB，那 M1 Max Duo 直接來到 128GB？

另一方面，兩枚或者更多的 M1 Max 拼接，統(tǒng)一內(nèi)存（UMA）的設(shè)計也會是一個巨大的難題，重新規(guī)劃多核心的位置，引入更大的帶寬，以及更高容量的內(nèi)存再所難免。

于公，可能是更復(fù)雜的芯片設(shè)計，于私，可能會無形增加幾倍的成本，都會是蘋果 M 芯片變得更 Max 的兩大絆腳石。

摩爾定律已成過去，日拱一卒才是當(dāng)下

「集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每兩年會增加一倍?！惯@是著名的摩爾定律，它還有另外一個說法，「每隔 18 個月，芯片的性能就會提高一倍?！?/p>

MacBook Pro 16. 圖片來自：dpreview

這里的性能其實(shí)就指的是晶體管數(shù)量，M1 Max 相較于 M1 有著 3.5 倍的性能提升，恰恰也正好反應(yīng)的是晶體管數(shù)量的差距。

晶體管數(shù)量翻倍在 M1 系列這里，是芯片面積增加。而從歷史來看，更多依靠的還是工藝上的進(jìn)步，從 μm 到 nm 級，晶體管數(shù)量也從百萬級躍升到億級。

但是在 2013 年左右，摩爾定律就有所放緩，從彼時到現(xiàn)在，工藝節(jié)點(diǎn)的提升對于性能的收益正在不斷減少。

更先進(jìn)的工藝制程，的確可以翻升晶體管數(shù)量，但也伴隨著成本和良率的變化。

臺積電預(yù)計 2023 年開始投產(chǎn) 3nm 工藝。圖片來自：anandtech

根據(jù)國際商業(yè)戰(zhàn)略公司 (IBS) 所公布的數(shù)據(jù)，設(shè)計 3nm 芯片預(yù)計將耗資 5.9 億美元，而 5nm 只要 4.16 億美元，7nm 為 2.17 億美元，28nm 不過才 4000 萬美元。

臺積電此前對外宣布將會投資 200 億美元來興建 3nm 晶圓工廠，同樣是為了 3nm，三星所耗費(fèi)的并不比臺積電低。

而到目前為止，也只有臺積電和三星在積極布局 3nm 晶圓，其他廠商并非是不想，只是花不起這錢。

另一方面，芯片的良品率隨著面積增大而降低，700mm2 的設(shè)計合格率大概只有 30%，縮小到 150mm2 良品率就飆升到 80%。

無論從哪方面來看，芯片升級之路似乎已經(jīng)被堵死了。

AMD 基于 Zen 2 的 EPYC 2 (Rome) 處理器。圖片來自：AMD

為了能繼續(xù)提升芯片規(guī)模和密度，不少人把目光從工藝節(jié)點(diǎn)的升級轉(zhuǎn)向了封裝工藝上，也就是 AMD 押寶的 Chiplet（小芯片）技術(shù)。

Chiplet 簡單來說就像湯圓餡的餃子一樣，把不同功能的小芯片封裝在一起，而不是直接從晶圓上切割，以先進(jìn)的封裝工藝來彌補(bǔ)工藝節(jié)點(diǎn)的停滯。

目前對于 Chiplet 最為形象的比喻（但我不認(rèn)可這種吃法）.

近年來 AMD 也正是通過 Chiplet 技術(shù)不斷地提升處理器密度對 Intel 進(jìn)行了逆襲，逐步開始搶奪市場。

對于近年崛起的 Chiplet，科技行業(yè)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu) The Linley Group 在《Why Big Chips Are Getting Small》一文中，直接提出 Chiplet 可以將大型 7nm 芯片的設(shè)計成本降低 25% 以上，而在面對 5nm 和更高工藝時，節(jié)省的成本還會更高。

AMD 基于 3D Chiplet 封裝的 Ryzen 9 5900X CPU.

而 AMD 所公布的 3D V-Cache 也在證實(shí)，舊的工藝與先進(jìn)的封裝工藝所結(jié)合的 Chiplet，可以達(dá)到更高節(jié)點(diǎn)的性能，甚至還能把不同工藝節(jié)點(diǎn)的芯片進(jìn)行混裝，有著足夠的靈活度。

除了降低成本，實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的性能之外，Chiplet 還會加快產(chǎn)品面市速度，畢竟直接利用舊芯片配合先進(jìn)封裝工藝即可，甚至完全可以忽略對先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的布局。

說了這么多好處，Chiplet 也有相應(yīng)的劣勢，小芯片 2D、3D 的堆疊對熱管理設(shè)計有著相當(dāng)高的要求，且封裝體內(nèi)總熱功耗會有明顯的提升。

基于 Chiplet 的 Intel 服務(wù)器芯片。圖片來自：nextplatorm

但無論如何，Chiplet 已經(jīng)被很多機(jī)構(gòu)、廠商認(rèn)定為后摩爾時代，在芯片上性能持續(xù)突破的重要技術(shù)。

M1 inside 的 Mac mini 與 MacBook Air.

而回到最開始的蘋果自研 M 芯片上，通過 ARM 架構(gòu)，以及工藝節(jié)點(diǎn)的升級，不斷提升能效比，順便控制下良率與成本。至于是否會通過拼接多個 M1 Max 一同組成復(fù)雜的巨型 SoC 塞入工作站級別的 Mac Pro 中，從目前來說，蘋果有足夠的的資本與實(shí)力去設(shè)計與生產(chǎn)出類似于「史前巨獸」的處理器。

iMac Pro 2022 的非官方渲染圖.

至于 Chiplet，我想它肯定已經(jīng)出現(xiàn)在蘋果芯片團(tuán)隊(duì)中的圖紙上，與其面對未來不明朗的工藝節(jié)點(diǎn)提升，倒不如主動求變，憑借現(xiàn)行的 M 芯片、A 芯片去組合完成更深層次的 SoC 升級。

而可能出現(xiàn)的 M1 Max Duo 也極有可能成為蘋果造芯史上尺寸最大的 SoC，且后無來者。

本文來自微信公眾號 “愛范兒”（ID：ifanr），作者：杜沅儐，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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