2022 年6 月，蘋果發布了採用新處理器“Apple M2”的“MacBook Pro”和“MacBook Air”。第一個發布的是MacBook Pro 13 英寸版本。圖1為MacBook Pro 13英寸版的包裝盒、上下部件外觀、拆下下蓋的外觀。無論是“iPhone”、“iPad”還是“MacBook”，蘋果產品無論是“iPhone”、“iPad”還是“MacBook”，無論是外形還是結構，都與過去的產品幾乎相同。

圖1 2022 年6 月發布的“ MacBook Pro”外觀

來源：Techanarie Report

新款2022 款MacBook Pro 的結構與之前相同，只需卸下大約10 顆螺絲即可輕鬆卸下底蓋。(1)圖1右上角是3CELL電池，(2)是立體聲喇叭，(3)是熱管和風冷風扇，(4)是主處理器板，處理器板下方是鍵盤，（5））表示Wi-Fi天線，（6）表示具有TAPTIC功能的觸摸板。電池幾乎佔了一半，最大板尺寸為202mm x 83mm。

表1對比了2020 年11 月發布的MacBook Pro，首次配備了“Apple M1”，以及2022 年6 月發布的MacBook Pro，首次配備了M2。

表1 2022 年6 月發布的“MacBook Pro”外觀

來源：Tekanariye 報告

拆下底蓋，對比一下板子的正反面，你會發現它們幾乎是一樣的。每一個的內部排列、大小和形狀幾乎相同，佈線路線也相同。類似地，基板具有幾乎相同的尺寸、形狀和芯片佈局。大街上都說“處理器剛從M1換成M2”，其實也確實如此。您不能僅通過卸下底蓋來判斷。

但是，如果仔細看，電容的位置和數量是不同的，所以很明顯這兩個板是不同的。兩者價格都在20 萬日元以下，但2022 年款比2020 年款高出20% 左右。有處理器成本增加（同時功能增加）和內存性能提高等成本增加因素，但很可能也包括由於世界形勢的變化而導致的成本增加。

圖2顯示瞭如何拆卸基板。許多電線從電路板進出到觸摸板、鍵盤、顯示器、揚聲器、電池、外部端子等。卸下它們並擰下將它們連接到框架的螺釘，您就可以取出電路板。

圖2.“M2”處理器的MacBook Pro 拆解板

來源：Tekanariye 報告

在基板上添加加強金屬、散熱用熱管（散熱器）、散熱片、金屬框架等。散熱器採用覆蓋整個處理器部分的結構，並通過熱管與風冷風扇連接以釋放熱量。風冷風扇體積小，直徑46mm。它有許多葉片，而且很薄，因此可以非常順利地排出熱量。

移除熱管後，與DRAM 集成的封裝中的M2 處理器幾乎出現在電路板的中央。處理器右側和頂部有一塊黑色散熱片。此外，NAND閃存安裝在處理器的左上方。圖2 的左下方顯示了移除散熱片的電路板。散熱片一共三塊，其中兩塊配有電源IC，優化處理器的供電。散熱片的第三部分（板子右側）是一個接口IC。

M1/M2 的處理器和外圍芯片對比

表2顯示了2020 M1 MacBook Pro 和2022 M2 MacBook Pro 的處理器和外圍芯片的比較結果。

表2 MacBook Pro with M1 和MacBook Pro with M2 主要芯片對比

來源：Techanarie Report

處理器類型名稱已從“APL1102”更改為“APL1109”並且有所不同。與處理器結合的兩顆電源IC也有不同的型號名稱（拆開芯片後對比過內部）。

最大的區別是與處理器配對的DRAM。M1採用LPDDR4X，M2採用高速LPDDR5。表2 中未列出的其他一些芯片也已被替換。閃存仍然是日本鎧俠公司製造，但容量有所增加，是一個單獨的芯片。部分接口芯片和功率半導體也已更換。板子的外觀和尺寸，板上的芯片排列等幾乎一樣，但是處理器和外圍芯片都是100%更換的。

另一方面，觸摸板、音頻編解碼器、NFC（近場通信）控制器、運動傳感器、電池充電器IC等在2020和2022版本中完全相同。由於端子位置和尺寸相同，看來只更換2020 款MacBook Pro 主板和2022 款MacBook Pro 主板就可以升級到M2 版本。

比較M1 和M2

圖3是處理器M1和M2的比較。我們已經完成了M2的芯片開孔，但是矽片開孔照片省略了。

圖3 M1 與M2 對比

來源：Tekanariye Report

M1 基於台積電的第一代5nm 工藝製做，而M2 則基於改進的第二代5nm 工藝製造。安裝的晶體管數量也增加了25%，從160 億增加到200 億。至於實際的矽尺寸，如圖3 所示，M2 比M1 大了一個尺寸。兩個CPU核心都是8個核心（4個高速核心+4個高效核心）。

M2 相比M1 增加了2 個GPU 核心，並且有10 個（10 個核心）。此外，Neural Engine 的性能也從11TOPS 提升到了15.8TOPS。內存接口在很多方面都進行了放大，比如從LPDDR4X加速到LPDDR5，讓它成為了名副其實的M2處理器。未來，將在此M2的基礎上實現進一步演進。

英特爾的Thunderbolt芯片終於消失

圖4顯示了安裝在M2 MacBook Pro 的顯示控制板上的顯示時序控制器TCON。

圖4 M2 MacBook Pro 上的TCON（顯示時序控制器）。使用與24 英寸iMac相同的TCON

來源：Techanarie 報告

所有大型顯示設備肯定會使用TCON（智能手機和智能手錶除外）。

Apple 的許多產品都使用Parade Technologies（以下簡稱Parade）的TCON（iPad也是如此）。

2021 年發布的“24 英寸iMac”和2022 年發布的MacBook Pro 的TCON 使用的是Parade 的“DP855A”。雖然顯示器大小不同，但使用的是同一個TCON，很明顯蘋果產品的零件是通用的。順便說一句，2011 年發布的MacBook 的TCON 是Parade 的“DP615”。近10 年來，Parade 芯片一直在被蘋果使用。此外，雖然圖4 中未顯示，但2011 年發布的MacBook 觸摸板IC 是Broadcom 的“BCM5976”。同樣的BCM5976 也用於2022 款MacBook。還有其他用了10 年的供應商。

表3是過去11 年MacBook 型號的處理器和Thunderbolt 接口芯片的相當簡短的列表（儘管我們幾乎每年都有該型號的數據）。

表3. MacBook 外觀及主要處理器和Thunderbolt 接口芯片列表

來源：Techanarie 報告

Thunderbolt 芯片是從2011 型號安裝的。從那以後，所有的Mac 產品都使用了英特爾的Thunderbolt 芯片。直到2020 年5 月發布的MacBook Pro，該處理器也還是由英特爾製造的。

自2020 年11 月發布的MacBook 採用Apple M1 以來，英特爾處理器就已停止使用，但許多蘋果產品繼續使用英特爾的Thunderbolt 芯片（2022 年3 月發布的“Mac Studio”也是英特爾製造的）。

不過，在2022 年6 月發布的MacBook Pro 中，已經換成了非Intel 的接口芯片。英特爾終於隨著M2 版MacBook Pro 消失了。

M2”處理器看起來一樣，但內部卻“不同”

圖5顯示了MacBook Pro 主板和主處理器M2。

圖5：2022年6月發布的MacBook Pro主板和M2處理器

來源：Tekanariye Report

M2處理器將DRAM整合到一個單獨的封裝中，並進行了模塊化，使其成為繼“A12X”、“A12Z”和“M1”之後的第四款具有類似結構的蘋果芯片。右側有兩個DRAM，左側處理器側覆蓋有金屬LID用於散熱。金屬LID 用粘合劑固定在處理器和封裝上，需要一些專業知識才能將其取下。電源IC安裝在板上處理器的上方和右側，進行電源關閉和電壓波動等處理。處理器和電源IC 是芯片組的支柱，因此它們在任何非Apple 系統中都非常靠近。

圖6顯示了從板上拆下的M2 處理器封裝的背面。與板子相連的端子（信號和電源）排列密集。終端數量超過2500個。

圖6 M2封裝背面

來源：Techanarie Report

近年來，處理器和內存的並行化程度提高，由於電壓降低，電源必須加強，因此需要大量的GND 引腳。因此，許多封裝有超過2000 個引腳。有些封裝有超過7000 個引腳。

M2有超過2500個球，球尺寸為0.28mm，間距為0.5mm。球形排列有四個孔，在這些部分中嵌入了帶有左下角端子的矽電容器。雖然有嵌入陶瓷電容器的案例（例如高通和聯發科），但許多蘋果處理器都嵌入了矽電容器。這四個電容器直接位於處理器的DDR 接口上方，用於提高DRAM 和處理器之間的效率。

圖7顯示了M2 封裝中所有的芯片。圖6所示的另外兩種類型的矽電容器也包含在內。右邊的DRAM 堆疊了4 片或8 片（用戶可以根據產品規格選擇8GB 到24GB 的DRAM 容量），即使是最小的配置也有8 片DRAM 矽片。由於總共有1 個處理器、8 個DRAM 矽和11 個矽電容器，因此M2 封裝中總共有20 個die。

圖7 M2芯片剖開

來源：Tekanariye Report

順便說一句，目前在一個封裝中擁有最多矽的是蘋果2022 年3 月發布的“Mac Studio”中安裝的“M1 Ultra”。一個封裝內嵌入了多達135 塊矽片！！

隨著半導體小型化的推進，管腳的數量趨於增加（並行化和電源增強）。因此，2D（尺寸）、2.5D、3D等封裝技術的演進是必不可少的，但如何在功能性矽層壓的同時加入部件（電容器等）以保證特性和質量？

未來，將製造諸如在矽中介層（用於佈線的矽）中嵌入電容器等器件。甚至對M1 Ultra 和最新的AMD 2.5D“Ryzen 7 5800X3D”的橫截面分析也表明，它不僅僅是功能上的進化。為實現功能與特性並重，未來“多晶矽封裝”將繼續推進。

圖8是2020 年以後蘋果產品（MacBook Pro、iPad Pro、iMac 24 英寸等）使用的M1 和M2 芯片開口（剝線層）的照片對比。實際上，所有功能在照片中都清晰可見。

圖8 比較M1 和M2 矽

來源：Tecanariye 報告

Apple 借助內部IP 向前邁進

蘋果已經披露了M1 和M2 的製造工藝和晶體管數量。M1有160億個晶體管，M2有200億個晶體管，電路規模增長25%。實際矽面積增長率為23.8%，略低於電路規模。集成密度增加約1%。GPU從8核增加到10核，增加了被蘋果新命名為“媒體引擎”的8K處理功能，運算單元數量增加。

算術單元由標准單元和最小單元SRAM 組合而成，因此即使在矽中也具有最高的集成密度。在從M1到M2的演進中，運算單元中核心數量的增加和功能的增加佔了大部分，因此整個矽片的集成密度趨於增加。M1 Pro和M1 Max也有更多的運算單元（GPU等核心數量），所以集成密度略高於M1。與M1相比，M2在電路規模和集成密度上都得到了升級，當然也在升級。

表4顯示了2020 年發布的“ iPhone 12”中使用的“A14”、2020 年發布的MacBook 中開始採用的M1、2021 年發布的“iPhone 13”中的“A15”以及2022 年的M2。是拆開所有芯片封裝，剝去佈線層，擴大高性能CPU的一個核心的照片對比。

表4：蘋果處理器A14/M1/A15/M2 對比

來源：Techanarie 報告

CPU內部圖中可以看到的網狀部分是SRAM。黑色區域是排列邏輯單元的位置。SRAM由指令和數據組成。邏輯部分是純黑色的，但由於排列著數百萬個邏輯單元，在照片的分辨率下看起來只是黑色。

A14 和M1 具有相同的CPU（形狀和大小），A15 和M2 具有相同的CPU。A14使用2個CPU，M1使用4個CPU，A15使用2個CPU，M2使用4個CPU。這張照片清楚地表明，Apple 正在理想地開發一個生態系統（內部IP），該生態系統使用在同一家公司內花費時間和精力設計的資產。筆者也曾在一家半導體廠商開發過CPU等多個IP，但即使在同一家公司內，也有很多不同部門分開開發的經驗，內部IP的徹底轉換也在進行中。由此可見，蘋果高度統一。

Apple 產品內部生產芯片的歷史

表5簡要總結了Apple 產品的“內部生產歷史”。雖然沒有在表中顯示，但蘋果也在內部生產用於耳機和智能手錶的Wi-Fi 芯片、藍牙音頻芯片、UWB（超寬帶）通信芯片等。

表5. Apple 產品內部生產芯片的歷史

來源：Techanarie 報告

2010 年，“iPhone 4”的“A4”處理器是內部製造的，2020 年，Mac 的M1 也是內部製造的。2022 年，Thunderbolt 也將在內部製造。內部芯片組肯定在進步。

作者在日語中將芯片組解釋為“同心圓”。這是因為通過擴大圍繞處理器的圓圈來擴大覆蓋範圍很重要。從處理器、電源IC 甚至高速接口開始，Apple 無疑正在擴大其同心圓（芯片組）。