關(guān)于蘋(píng)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(lái)，不過(guò)多是一些捕風(fēng)捉影的信息，對(duì)于架構(gòu)、性能、核心這些都沒(méi)有特別明確的信息，而更多的是圍繞臺(tái)積電工藝節(jié)點(diǎn)的升級(jí)。

M1 還沒(méi)出完，M2、M3 或許就要來(lái)了。圖片來(lái)自：progamer

臺(tái)積電 4nm、3nm 等新的制程工藝可能會(huì)是較大的升級(jí)點(diǎn)。如此來(lái)說(shuō)，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(jí)到 3nm 之后呢？

大概有兩條，一條是把節(jié)點(diǎn)工藝干到 1nm，無(wú)線逼近物理極限，但難上加難。另一條是繞過(guò)節(jié)點(diǎn)工藝升級(jí)帶來(lái)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(guò)，一向不喜歡被供應(yīng)鏈擺布的蘋(píng)果，在吃節(jié)點(diǎn)、ARM 芯片高能效比優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，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(jiǎn)單的理解為，基于 ARM 的 M 芯片是靠著堆核心數(shù)目來(lái)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(jiǎn)單的從另一個(gè)維度來(lái)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(píng)果對(duì) 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(píng)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(píng)果研發(fā) M 芯片的辛路歷程，但對(duì)于 M 芯片接下來(lái)如何發(fā)展，以及在 Max 基礎(chǔ)之上如何更 Max 只字未提。

蘋(píng)果芯片架構(gòu)師、副總裁蒂姆?米勒特（Tim Millet）. 圖片來(lái)自：Apple

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

那就是「放兩個(gè) M1 Max 進(jìn)去，甚至還可以加倍」。

M1 Max 隱藏區(qū)域。圖片來(lái)自：HothardWare

這個(gè)猜想實(shí)則是基于拆解后，發(fā)現(xiàn) M1 Max 相對(duì)于 M1 Pro 多出了一塊「不明區(qū)域」，腦洞一番之后，猜測(cè)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(lái)自：Max Tech

這也契合了此前新 iMac Pro、Mac Pro 會(huì)采用多顆 M1 Max 組成的超大顆處理器的傳聞?！高@簡(jiǎn)直就像是在玩樂(lè)高、堆積木，簡(jiǎn)直亂拳打死老師傅」。

不過(guò)，「堆積木」這個(gè)說(shuō)法并不太準(zhǔn)確，「拼圖」更精準(zhǔn)一些。如此來(lái)說(shuō)，雙份 M1 Max 的芯片面積會(huì)相當(dāng)可觀，四倍那就更前無(wú)古人了。

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

如此巨大的 SoC，縱觀整個(gè)半導(dǎo)體歷史，絕對(duì)能夠算上「霸王龍」級(jí)別的芯片，更別說(shuō)它會(huì)基于 5nm 工藝，成本也極有可能超過(guò)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(jì)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(shí)，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(shí)代，Intel Pentium III Xeon 面積達(dá)到 385mm2，基于 0.18μm 工藝。但在當(dāng)時(shí)，眾處理器廠商在嚴(yán)控體積打壓成本推出較為平價(jià)的 PC 以推向大眾。

后續(xù)，無(wú)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(jí)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(shí)代。

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

而此時(shí)蘋(píng)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(guò)處理器尺寸躍進(jìn)的同時(shí)，晶體管的密度也沒(méi)有落下。

雖然聽(tīng)起來(lái)將兩枚芯片拼在一起應(yīng)該不難，也無(wú)需重新設(shè)計(jì)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(zhǎng)），以及保證足夠良率和產(chǎn)能的情況下，成本直接起飛。

而蘋(píng)果的 M 系芯片依然是個(gè)消費(fèi)級(jí)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(rùn)最大化。大面積 SoC 飄忽不定的成本顯然不是蘋(píng)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(lái)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(jì)也會(huì)是一個(gè)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(jì)，于私，可能會(huì)無(wú)形增加幾倍的成本，都會(huì)是蘋(píng)果 M 芯片變得更 Max 的兩大絆腳石。

摩爾定律已成過(guò)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?jī)赡陼?huì)增加一倍?！惯@是著名的摩爾定律，它還有另外一個(gè)說(shuō)法，「每隔 18 個(gè)月，芯片的性能就會(huì)提高一倍?！?/p>

MacBook Pro 16. 圖片來(lái)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(lái)看，更多依靠的還是工藝上的進(jìn)步，從 μm 到 nm 級(jí)，晶體管數(shù)量也從百萬(wàn)級(jí)躍升到億級(jí)。

但是在 2013 年左右，摩爾定律就有所放緩，從彼時(shí)到現(xiàn)在，工藝節(jié)點(diǎn)的提升對(duì)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(tái)積電預(yù)計(jì) 2023 年開(kāi)始投產(chǎn) 3nm 工藝。圖片來(lái)自：anandtech

根據(jù)國(guó)際商業(yè)戰(zhàn)略公司 (IBS) 所公布的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì) 3nm 芯片預(yù)計(jì)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(guò)才 4000 萬(wàn)美元。

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

而到目前為止，也只有臺(tái)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(qián)。

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

無(wú)論從哪方面來(lái)看，芯片升級(jí)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(lái)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(jí)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(lái)彌補(bǔ)工藝節(jié)點(diǎn)的停滯。

目前對(duì)于 Chiplet 最為形象的比喻（但我不認(rèn)可這種吃法）.

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

對(duì)于近年崛起的 Chiplet，科技行業(yè)權(quán)威咨詢(xún)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(jì)成本降低 25% 以上，而在面對(duì) 5nm 和更高工藝時(shí)，節(jié)省的成本還會(huì)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(huì)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(duì)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的布局。

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

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

但無(wú)論如何，Chiplet 已經(jīng)被很多機(jī)構(gòu)、廠商認(rèn)定為后摩爾時(shí)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(kāi)始的蘋(píng)果自研 M 芯片上，通過(guò) ARM 架構(gòu)，以及工藝節(jié)點(diǎn)的升級(jí)，不斷提升能效比，順便控制下良率與成本。至于是否會(huì)通過(guò)拼接多個(gè) M1 Max 一同組成復(fù)雜的巨型 SoC 塞入工作站級(jí)別的 Mac Pro 中，從目前來(lái)說(shuō)，蘋(píng)果有足夠的的資本與實(shí)力去設(shè)計(jì)與生產(chǎn)出類(lèi)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(píng)果芯片團(tuán)隊(duì)中的圖紙上，與其面對(duì)未來(lái)不明朗的工藝節(jié)點(diǎn)提升，倒不如主動(dòng)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(jí)。

而可能出現(xiàn)的 M1 Max Duo 也極有可能成為蘋(píng)果造芯史上尺寸最大的 SoC，且后無(wú)來(lái)者。

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

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