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M1ULTRA。那么作为M1系列最后一款芯片，M1ULTRA到底怎么样呢？1个M1ULTRA2个M1Max
　　如果用一句话简单概括一下M1ULTRA那就是：将2枚M1Max通过封装融合成一体，成为一枚芯片。
　　M1Max实现了突破性的DietoDie（裸片到裸片）技术，因此可以基于两个M1Max的裸片扩展为M1ULTRA，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。5TBs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M1Max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DietoDie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？这时有两种办法：
　　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。
　　比如像这款华硕的WSC621ESAGE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PentiumPro，但这并不是一项落后的技术。
　　比如AMD一代EPYC（霄龙）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（裸片）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（裸片型号相同）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M1Max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。5TBs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M1Max封装到一起，这样新产品可以继续利用原有M1Max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M1Max，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M1Max，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M1Max，这时良率是50。但如果直接生产M1ULTRA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M1ULTRA。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M1ULTRA，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M1ULTRA，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。
　　1、苹果作为一家Fabless（无晶圆厂模式）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、DietoDie技术的本质是将一个大的Die（裸片）分成几个小的Die（裸片）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，M1ULTRA的实际性能不会是M1Max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。