在之前的文章《蘋果更多自研芯片曝光》中，我們對蘋果的芯片進行了報導。今天，我們深入談一下蘋果的怪獸級處理器“M2 Ultra”。M2 Ultra 用於蘋果2023 年6 月發布的頂級電腦Mac Pro 和Mac Studio。

處理器部分，蘋果在2023年2月發布的“ MacBook Pro”中使用了兩個“M2 Max”（12核CPU，38核GPU）面對面連接（通過蘋果自己的接口連接），計算單元數量為CPU 24核，GPU 76核，這與Intel、AMD、NVIDIA等處理器廠商相當。

除了CPU和GPU之外，通過使用兩個“M2 Max”，與DRAM的接口增加了一倍，並且最大可以連接192 GB的統一內存（LPDDR5）。由於連接了8 個DRAM 芯片，因此最大情況下堆疊6 片2GB LPDDR5。

M2 Max的晶體管數量為670億個，M2 Ultra的晶體管數量為1340億個，是前者的兩倍。NVIDIA在2022年底發布的GPU“GeForce RTX 4090”也擁有最多的晶體管數量，總計763億個。Apple 的M2 Max/M2 Ultra 配備了與NVIDIA 最大的GPU 相當的晶體管。

圖1顯示了Apple M2 Ultra 模塊的俯視圖（背面有7000 多個端子）、處理器底部的玻璃環氧樹脂以及拆下的兩個處理器。包裝尺寸適合您的手掌。

圖1：Apple M2 Ultra 拆解

處理器底部的玻璃環氧樹脂上有很多孔，這些地方嵌入了矽電容器。矽電容共58顆。每個矽電容器覆蓋計算單元和具有高激活率並成為噪聲源的高速接口，例如CPU、GPU、NE（神經引擎）、DRAM接口和芯片到芯片連接的正上方。

考慮到電感器和電阻元件，在計算單元正上方佈置電容器在特性方面非常有效。通過在M2 Ultra中嵌入多達58個矽電容器，我們在供電穩定性等特性方面採取了措施。

在功能方面，M2 Ultra與各大處理器廠商的芯片不相上下，但在特性方面也充分考慮。M2 Ultra 模塊周圍佈置有四個電源控制IC。這些電源IC也是蘋果公司自主研發，並由蘋果公司優化控制。M2 Ultra模塊是一款優化電源並最大化特性的處理器。

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超過10,000 個矽中介層

圖2顯示了連接兩個M2 Max 的矽中介層。矽中介層，顧名思義，是用於連接兩片或多片矽而不形成晶體管的矽。由於佈線形成在矽上，因此可以最小化線寬和間距，並連接大量信號。根據蘋果的公告，有超過10,000 根電線連接M2 Max。

圖2左側顯示了兩個M2 Max單元的外觀以及嵌入在下面的矽中介層。可以看到它是一條狹長的，只覆蓋了兩台M2 Max的接口部分。由於目的是將處理器相互連接，因此不需要很大的面積。

圖2右側是上一代“M1 Ultra”（M1 Max x 2個單元）而非M2 Ultra的處理器連接處的截面SEM照片。

兩片矽片彼此相對，並嵌入矽中介層以覆蓋連接部分。我將省略它是如何連接的。矽中介層不僅是細長的，而且是非常薄的矽。從圖2 右側可以看到，處理器矽片和矽電容器很厚，但中介層卻非常薄。

矽中介層也用於AI GPU 中使用的HBM（高帶寬內存），但大多數矽中介層足夠大，足以覆蓋GPU 矽和HBM 矽。這次我不會發布HBM 使用的矽中介層的照片，但有4 x 3 厘米大的芯片。Apple 的M2 Ultra（以及M1 Ultra）具有小面積薄矽中介層，僅覆蓋處理器之間的連接處。它是內置的，以便融入模塊內處理器的底部！

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拆解“M2 Ultra”模塊的內存

圖3顯示了M2 Ultra 模塊中內置的統一內存(LPDDR5)。內存上下排列了四個，圍繞著處理器，總共八個封裝。

圖3：M2 Ultra 模塊中嵌入的統一內存(LPDDR5) 的分解圖

此次報導的是最小尺寸64GB版本。前面提到過，最大也有192GB的版本，但內部配置不同。對於64GB，拆掉如圖3 所示的內存封裝模具，可以看到左右兩個LPDDR5。目前，很多移動存儲器並不能用單片矽片實現大容量，而是通過將多片矽片組合在一個封裝中，例如水平或垂直堆疊（同時並行化），速度更快，實現大容量存儲。容量更大。

封裝端子部分的照片很模糊，但蘋果使用的內存幾乎是市面上DRAM 的兩倍端子（做了位擴展），還有內部矽（由內存製造商製造的東西）也有部分定制。

圖4顯示了M2 Ultra 64GB 版本統一內存的內部如何分成單獨的矽片。64GB版本由8個封裝組成，因此每個封裝8GB。8GB封裝內部，8顆矽芯片排列成橫兩行、縱四行。一顆矽片可容納1GB LPDDR5。最大尺寸192GB版本在一個封裝中具有2GB LPDDR5，2個水平行和6個垂直行。

圖4：M2 Ultra 64GB版統一內存逐片拆解

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手掌大小的模塊中包含157 塊矽片

Apple 的M2 Ultra 模塊水平和垂直嵌入了大量矽（功能、特性、內存）。2 個處理器芯片、1 個矽中介層、58 個矽電容器、64GB 版本有64 個1GB LPDDR5，192GB 版本有96 個2GB LPDDR5。總共，最小配置的125 塊矽片和最大配置的157 塊矽片內置在一個手掌大小的模塊中……！

通過結合HBM等矽片來實現更高功能（增加內存帶寬）的產品越來越多，但即使算上堆疊內存，一個封裝中存在的矽片數量也不足100顆，很常見。實際上不到50。這些數字清楚地表明了蘋果Ultra 系列的封裝技術有多麼先進。目前，半導體的發展正在小型化和先進封裝兩個方面取得進展，但蘋果正在並行且同時進行。