蘋果CPU/GPU新處理器M1 Ultra 台積電代工

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2022年3月10日

圖、蘋果M1 Ultra新處理器晶片

蘋果公司於3月8日召開2022年春季新品發表會「Peek Performance」，最大亮點就是推出PC新處理器晶片「M1 Ultra」，是一種小晶片(Chiplet)技術，採用台積電獨家代工，以5奈米家族製程生產。

「M1 Ultra」特色之一，在 M1 Ultra 中結合兩個 M1 Mac 晶片，然後與Apple專有 UltraFusion 封裝架構相連接。

[注] UltraFusion 是Apple的矽中介層技術(interposer technologies)，基本上是一種封裝內互連，可橋接 M1 Ultra 中使用的兩個裸片。市場上推測，蘋果可能使用了台積電的3DFabric技術來實現 UltraFusion。

「M1 Ultra」藉由UltraFusion封裝進行超融合技術
如何成功地將兩個 M1 Max 晶片組合成一個 M1 Ultra，藉由蘋果UltraFusion專有封裝架構在 M1 Max 上的 die-to-die 互連技術。蘋果聲稱它可以以每秒 2.5 TB 的低延遲、處理器頻寬在晶片周圍傳輸數據速度很快，Apple 稱其中介層技術寬頻相較其他競爭者提高達 4倍。

Apple的UltraFusion 矽中介層技術
據知蘋果在 2021 年2月以臨時案遞交美國一項相關設計專利(US20210159180A1：HIGH DENSITY INTERCONNECTION USING FANOUT INTERPOSER CHIPLET)。但它的方法不是獨一無二的。AMD 和其他公司也為他們的 PC 晶片開發了矽中介層互連技術。

Apple 發明的另一個重要特色，是開發人員無需重寫代碼就能充分發揮其性能。也就是UltraFusion讓Mac 軟體將該晶片視為一個處理器，而不是兩個。更意味著，App應用程序可以訪問兩倍的晶體管，並將性能、效率和 GPU 內核翻倍，而無需調整代碼。

M1 Ultra處理器規格：

1140 億個晶體管在一個 840 平方毫米晶片上。
16 個性能核心，48MB 二級Cache快存。
4 個效率核心，配備 4MB 二級Cache快存。
64 個 GPU 核心。
高達 128GB DDR5記憶體，速度為 800GB/s。

AMD全面採用chiplet小晶片技術
目前，已有很多公司創建了自己的chiplet生態系統，包括Marvell的MoChi、英特爾的EMIB以及新創公司zGlue提供的產品。尤其，AMD建構自己的chiplet生態系統，生產了Ryzen和Epyc x86處理器。AMD自2019年開始全面投入Zen2 CPU內核和小晶片技術生產，同時也在市場上取得優勢，也就是Zen2體系結構中採用的小晶片技術稱為Core Complex Die（CCD），使用7nm製程製造與CPU內核相對應的CCD，並以14nm製造外圍管芯。Chiplet這種方法降低了製造晶片所支援的零組件生產成本，而不僅僅針對7nm支援的零組件。AMD通過將管芯與一種稱為Infinity Fabric On-Package（IFOP）的技術連接來解決管芯到管芯連接的性能損失。(680字；圖1)

參考資料:
Apple unveils M1 Ultra, the world’s most powerful chip for a personal computer. Apple官網, 2022/3/8.
AMD全面採用chiplet小晶片技術而獲得了技術優勢。iKnow科技產業資訊室，2020/2/27。

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