卧底4年，揭开iPhone城非法秘密
06-17
苹果自研芯片M1系列还有很多谜团。
就在最近，关于M1芯片的后续、M2、M3的传闻也不少，但大多都是模糊的信息。
关于架构、性能、核心都没有特别明确的信息，大部分都是围绕台积电展开的。
工艺节点升级。
▲ M1还没有完成，M2和M3可能会来。
图片来自：progamer 台积电4nm、3nm等新制程技术可能是一大升级点。
这样一来，原本在能耗比上就已经让大家惊叹的M1系列，在M2和M3上却只增不减。
但是，两年后，当节点工艺升级到3nm时呢？大概有两种方法。
一是将节点工艺推向1nm，无线逼近物理极限，但难度更大。
另一种是绕开节点工艺升级带来的好处，走Chiplet的“小芯片”道路。
一台M1 Max还不够？然后在 Mac Pro 上安装两个。
不过，一向不喜欢被供应链操纵的苹果，或许也在利用节点和ARM芯片的高能效优势的同时，寻找可行的解决方案。
从M1到性能更强的M1 Pro和M1 Max，它们的架构几乎相同，单核的性能释放也比较接近。
最大的区别实际上是核心数量。
甚至，你可以简单理解为基于ARM的M芯片依靠核心数量来实现更高的性能天花板。
M1：CPU 4核，GPU 8核，1亿个晶体管，16核神经网络； M1 Pro：CPU 2核、GPU 16核、1亿晶体管、16核神经网络； M1 Max：CPU 2核，GPU 32核； 1亿个晶体管，16个核心神经网络；而简单地从另一个维度来看，M1芯片面积约为mm2，M1 Pro为mm2，到了M1 Max则直接飙升至mm2。
对于同代的M芯片来说，Max越多，核心和芯片面积就越多。
从这里就不难理解苹果对于M芯片的命名规则了。
这很容易理解。
微软、英特尔和高通确实应该吸取教训。
尽管苹果芯片架构师兼副总裁 Tim Millet 早在 11 月就在 Upgrade 播客上详细阐述了苹果开发 M 芯片的艰辛历程，但他并不知道 M 芯片接下来会如何发展，也没有提及如何发展。
根据 Max 更新 Max。
▲ 苹果芯片架构师兼副总裁 Tim Millet。
图片来自：苹果 随着 MacBook Pro 14/16 的陆续推出，经过众多私人 DIY 爱好者的研究，苹果似乎为 M1 Max 做了更多 Max 伏笔。
那就是“把两个M1 Max放进去，甚至可以加倍”。
▲ M1 Max 隐藏区域。
图片来自：HothardWare 这个猜想其实是基于拆解，发现 M1 Max 相比 M1 Pro 存在“未知区域”。
经过一番头脑风暴，猜测是连接两个甚至更多。
为M1 Max保留的“高速总线”。
▲ 蒂姆·库克：英特尔，这是给你的。
图片来自：Max Tech 这也与之前有关新款 iMac Pro 和 Mac Pro 将采用多个 M1 Max 处理器的传闻相符。
“就像玩乐高或者叠积木一样，把主人一拳打死。
”然而，“堆叠块”这个术语不太准确，“拼图”更准确。
这样一来，双倍M1 Max的芯片面积将非常可观，四倍将是前所未有的。
几乎可以肯定的是，M1 Max Duo 超过了 NVIDIA 顶级 GPU GA 芯片面积（mm2）。
如此庞大的SoC，纵观整个半导体历史，绝对可以称得上是“T-Rex”级别的芯片，更何况它将基于5nm工艺打造，成本极有可能超过当代任何芯片。
当M系列芯片进入《侏罗纪公园》时，从重达30吨、占地数平方米的第一代计算机ENIAC，到现在的台式PC，几乎所有设备都朝着小型化、集成化方向发展。
半导体领域的处理器也是如此。
当工艺节点还是μm时，Intel第一代Pentium的面积约为mm2，基于0.8μm工艺。
▲英特尔奔腾III至强。
在x86处理器时代，Intel Pentium III Xeon面积为mm2，基于0.18μm工艺。
但当时，许多处理器制造商都在严格控制尺寸并抑制成本，以便向公众推出更实惠的个人电脑。
随后，无论是64位的普及，还是工艺节点的飞跃，处理器的尺寸大多控制在mm2以下。
在控制成本和高效利用晶圆的前提下，消费级处理器的“恐龙化”几乎已经得到遏制。
”的发展。
消费半导体行业似乎正在逐渐从侏罗纪走向新时代。
▲民间高手们也在为苹果M芯片的发展出谋划策。
图片来自：Twitter 此时，苹果 M 芯片可能的发展路线似乎又绕回了“侏罗纪”，但处理器尺寸飞跃的同时，晶体管的密度却没有下降。
虽然听起来，将两个芯片放在一起应该不难，而且不需要重新设计架构或核心。
但现实中，随着芯片面积的增大（尤其是指数级增长），在保证足够的良率和产能的情况下，成本直接起飞。
苹果的M系列芯片仍然是消费级产品。
他们一年前摆脱了英特尔。
一方面是为了控制产品力。
另一方面其实也是为了控制成本，实现利润最大化。
大面积SoC成本的波动显然不是苹果所期望的。
▲ M1 Max 最高统一内存为 64GB，那么 M1 Max Duo 就直接到 GB 了？另一方面，当两个或多个M1 Max拼接在一起时，统一内存（UMA）的设计也会是一个巨大的问题。
重新规划多核的位置、引入更大的带宽、更高容量的内存都是不可避免的。
对于大众来说，可能是更加复杂的芯片设计，而对于民间来说，可能会在无形中增加数倍的成本，这将是苹果M芯片变得更加Max的两大绊脚石。
摩尔定律已成为过去，当今的经济已经成为现实：“集成电路上可容纳的晶体管数量大约每两年就会增加一倍。
”这就是著名的摩尔定律，它还有另外一种说法，“每两年18个月，芯片的性能就会翻倍。
”▲MacBook Pro 16。
图片来自：dpreview 这里的性能实际上指的是晶体管的数量。
与M1相比，M1 Max有3.5倍的性能提升，这是完全正确的。
它反映了晶体管数量的差异。
M1 系列中晶体管数量增加了一倍，从而增加了芯片面积。
从历史的角度来看，它更多地依赖于技术进步，从μm到nm级别，晶体管的数量也从数百万跃升至数亿。
但近一年来，摩尔定律放缓了。
从那时到现在，工艺节点改进所带来的性能提升一直在减少。
更先进的工艺确实可以增加晶体管的数量，但也伴随着成本和良率的变化。
▲ 台积电预计今年开始生产 3nm 工艺。
图片来自：anandtech 根据国际商业战略（IBS）公布的数据，设计一颗 3nm 芯片预计花费 5.9 亿美元，而 5nm 仅花费 4.16 亿美元，7nm 2.17 亿美元，28nm。
但只有一万块钱。
台积电此前宣布将投资1亿美元建设3纳米晶圆厂。
同样是在3nm上，三星的花费不会低于台积电。
到目前为止，只有台积电和三星在积极布局3nm晶圆。
其他厂商不是不想，只是出不起钱。
另一方面，芯片的良率随着面积的增加而降低。
mm2的设计合格率只有30%左右。
当缩小到mm2时，良率飙升至80%。
无论怎么看，芯片升级之路似乎都被堵死了。
▲ AMD 基于 Zen 2 的 EPYC 2（Rome）处理器。
图片来自：AMD 为了不断提升芯片规模和密度，很多人把注意力从工艺节点的升级转向了封装工艺，这就是 AMD 的做法押注于（Chiplet）芯片）技术。
简单来说，就像包汤圆的饺子。
具有不同功能的小芯片被封装在一起，而不是直接从晶圆上切割下来。
采用先进封装技术弥补工艺节点的停滞。
▲目前来说，是对Chiplet最形象的比喻（不过我不太认同这种吃法）。
近年来，AMD也利用Chiplet技术不断提高处理器密度，对英特尔发起反击，逐渐开始抢占市场。
对于近年崛起的Chiplet，科技行业权威咨询机构The Linley Group在文章《Why Big Chips Are Getting Small》中直接提出，Chiplet可以将大型7nm芯片的设计成本降低25%以上，而当面对5nm及更高工艺，节省的成本会更高。
▲ AMD 的 Ryzen 9 在混合不同工艺节点的芯片方面有足够的灵活性。
除了降低成本、实现更先进的性能外，Chiplet还将加快产品的推出。
毕竟直接使用先进封装工艺的老芯片就足够了，甚至可以完全忽略先进工艺节点的布局。
说了这么多优点，Chiplet也有相应的缺点。
2D和3D小芯片的堆叠对热管理设计有非常高的要求，封装内的总热功耗将显着增加。
▲基于Chiplet的英特尔服务器芯片。
图片来自：nextplatorm 但无论如何，Chiplet已经被众多机构和厂商认可为后摩尔时代芯片性能持续实现突破的重要技术。
▲ Mac mini 和 MacBook Air 中的 M1。
回到最初的苹果自研M芯片，通过ARM架构和工艺节点升级，不断提升能效比，控制良率和成本。
至于是否会将多个M1 Max拼接在一起组成一个复杂的巨型SoC并塞进工作站级Mac Pro中，从现在开始，苹果有足够的资本和实力来设计和生产类似“史前猛兽”的东西处理器。
▲ iMac Pro 非官方渲染图。
至于Chiplet，我想它肯定出现在苹果芯片团队的图纸上。
与其面对未来不明朗的工艺节点升级，不如主动求变，依靠目前的M芯片、A芯片组合，完成更深层次的SoC升级。
可能的M1 Max Duo也很有可能成为苹果造芯历史上最大的SoC，而且不会有后继者。
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