在 3 月 9 日的蘋果春季釋出會上蘋果釋出了諸多新品，其中最亮眼的當屬蘋果頂級旗艦晶片 M1 ULTRA。那麼作為 M1 系列最後一款晶片，M1 ULTRA 到底怎麼樣呢？

1 個 M1 ULTRA =2 個 M1 Max

如果用一句話簡單概括一下 M1 ULTRA 那就是：將 2 枚 M1 Max 通過封裝融合成一體，成為一枚晶片。

M1 Max 實現了突破性的 Die-to-Die（裸片到裸片）技術，因此可以基於兩個 M1 Max 的裸片擴充套件為 M1 ULTRA，通過創新性的定製架構 UltraFusion 連線在一起，帶來兩倍的效能表現。UltraFusion 架構採用矽中介層連線一萬餘個訊號點，在兩個裸片之間實現了 2.5TB / s 的低延遲處理器互聯頻寬。

從目前公佈的資訊看，蘋果早在開發 M1 Max 時就考慮到了這種“雙芯融合”的方案，在晶片版圖的上方為將來的 Die-to-Die 連線預留了位置。那麼這樣做有什麼好處呢？

效能提升

對於目前的蘋果來說，目前所使用的臺積電 5nm 工藝已經算是業界最頂尖的工藝了，臺積電的 3nm 還在路上。那麼這種情況下，蘋果想推出一款效能更強的晶片該怎麼辦呢？這時有兩種辦法：

第一，是再設計一款面積更大的晶片。

第二，是將原來的晶片組合在一起使用，也就是說一次用兩顆。

對於熟悉半導體行業的朋友來說應該都對 5nm 晶片高昂的造價有所耳聞，再設計一款面積更大的晶片，即使是蘋果成本上也很難抗住。那麼就剩下第二條了，將兩個晶片或者更多數量的已有晶片合在一起使用。

如果想把兩枚晶片連在一起用，目前業界的主流做法是通過主機板 PCB 連線。

比如像這款華碩的 WS C621E SAGE 主機板就屬於雙路 CPU 主機板，在設計之初就支援兩塊 CPU 同時工作。

但這樣做缺點也很明顯，比如兩個 CPU 的插槽以及相應連線所需的佈線明顯會佔用很大的 PCB 面積，這樣做出來的產品尺寸會很大。而且由於兩個 CPU 之間是通過 PCB 走線連線，延遲會變得很大。

在這裡我們不難發現，通過主機板 PCB 連線兩塊 CPU 所帶來的缺點基本都是連線過長導致的，那麼縮短兩個晶片之間的連線距離不就可以解決了嗎？“膠水雙核”由此出現了。

“膠水雙核”是指使用特殊方法將兩個或更多晶片封裝在一起製造的處理器。由於這種特殊方法像是將兩個或更多核心用膠水粘在一起，由此而得名“膠水雙核”。

“膠水雙核”技術最早可以追溯到 1995 年的英特爾的 Pentium Pro，但這並不是一項落後的技術。

比如 AMD 一代 EPYC（霄龍）處理器就採用了這種所謂的“膠水雙核”技術。在圖上可以清晰地看出，它將 4 顆 Die（裸片）封裝到了一顆 CPU 中。這樣 4 顆裸片的產品在效能上無疑是要強於 1 顆裸片（裸片型號相同）的產品。

在 AMD 一代 EPYC 處理器的開蓋視訊中我們可以發現，每顆裸片之間都有著毫米級肉眼可見的間距。蘋果所做的則是在此基礎上更近了一步，將兩顆裸片“貼臉”封裝，使得兩顆裸片之間的連線變得更短。並且由於之前設計 M1 Max 時預留的介面，兩顆裸片之間可以用更快的速度進行通訊，最終實現了兩顆裸片之間 2.5TB / s 的連線頻寬。

節約成本

雖然大家都知道晶片的流片成本很高，但其實只是流片的門檻成本高。當一款晶片開始大批量生產之後，邊際成本是比較低的。舉個例子來說，造晶片就像是造塑料洗臉盆。洗臉盆的生產線搭建起來很貴，但你把洗臉盆的生產線搭建起來之後，後面所需的材料成本就很低了。

如果這時候你想生產另一種尺寸的塑料洗臉盆，那你就需要修改生產線甚至重新搭建一條新生產線，這樣就貴了。

所以對於此時的蘋果來說，如果單獨設計另一個更大尺寸的晶片，而且還是 5nm 的晶片，成本是非常高的。所以蘋果最終的選擇是將兩顆 M1 Max 封裝到一起，這樣新產品可以繼續利用原有 M1 Max 的生產線，只需要最後將裸片進行特殊封裝就可以了。

這就像是一個生產塑料洗臉盆的廠商，原來是一個洗臉盆裝一個紙箱，現在變成了兩個洗臉盆裝一個紙箱，此時只需要重新訂購更大尺寸的紙箱就可以了。

另一方面，就是裸片的良率問題了。當裸片的面積越大時，良率就會越低。

假設一塊小晶圓上面最多可以生產 4 塊 M1 Max，如圖所示當晶圓上出現一個“壞點”時，最終就只能生產出 3 塊 M1 Max，這時良率是 75%。而當出現兩個“壞點”時，最終就只能生產出 2 塊 M1 Max，這時良率是 50%。但如果直接生產 M1 ULTRA 這樣大面積的裸片會發生什麼呢？

這時同樣的一個晶圓上最多可以生產 2 塊 M1 ULTRA。如圖所示當晶圓上出現一個“壞點”時，最終就只能生產出 1 塊 M1 ULTRA，這時良率是 50%。而當出現兩個“壞點”時，最終就只能生產出 0 塊 M1 ULTRA，這時良率是 0%。

由此可以看出當裸片的面積越大，其它條件相同時，良率就會越低。反之如果把一個大晶片分成兩個小晶片做，良率就會提高。良率提高了，相應成本也就省下來了。

結語

在文章的最後，我有一些想法和補充的資訊，在此分享給大家。

1、蘋果作為一家 Fabless（無晶圓廠模式）公司，對於半導體工藝發展進入瓶頸這件事是無能為力的。只能等待臺積電、三星等晶圓廠研發出更先進的工藝。

2、在工藝進入瓶頸之後，晶片效能如果再想提升，蘋果這種做法是簡單粗暴而且有效的。

3、Die-to-Die 技術的本質是將一個大的 Die（裸片）分成幾個小的 Die（裸片）來做，這樣成本更低。

4、現在業界也有這種設計的趨勢，將原來一個大晶片拆成幾個小晶片進行設計製造。

5、這種技術並不是完美的，比如會引入額外的散熱負擔。而通過主機板 PCB 連線兩顆 CPU 這種方式，散熱問題會小很多。畢竟間距夠大，可以通過多個散熱器解決。

6、基於此種情況進行一個預測，M1 ULTRA 的實際效能不會是 M1 Max 的 2 倍，但應該能超過 1.5 倍。畢竟蘋果有“單管壓 i9”的前例在，散熱問題處理得怎麼樣還是要等真機發售之後看。