蘋果芯片，史上首次

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蘋果在M5 Pro 和 M5 Max上推出的 Fusion 架構 突破了芯片組開發(fā)的限制，在保持出色能效的同時，集成了更多運行頻率更高的 CPU 核心。目前只剩下 M5 Ultra 尚未發(fā)布，但與其他 SoC 不同的是，關于其架構的細節(jié)信息卻很少。

幸運的是，一系列合乎邏輯的解釋表明，蘋果為何會像在M3 Ultra上一樣，將 UltraFusion 工藝應用于這款芯片。然而，這種方法也意味著我們將見證 Fusion 架構和 UltraFusion 工藝的結合，最終形成一個芯片組，這在蘋果芯片的歷史上尚屬首次。至于蘋果為何會選擇這種方法應用于 M5 Ultra，我們將在下文中詳細探討。

UltraFusion架構已在實際應用場景中經受住了考驗，而重復利用舊設計有助于提高M5 Ultra的良率并降低成本。

盡管此前有報道稱 M5 Ultra 將采用單芯片設計，但 Frenchy on X 的 Fred 認為蘋果仍會繼續(xù)使用 UltraFusion 技術，將兩顆 M5 Max 芯片合并成一顆。原因很簡單：蘋果已經將 UltraFusion 技術應用于三款工作站級芯片，每一款都顯著提升了計算和 GPU 性能。

縱觀以往將兩顆SoC芯片融合在一起的工藝，顯然，這種工藝成本更低，良率更高，這意味著M5 Ultra可以以更低的成本實現更高產量的量產。UltraFusion Interposer將位于兩顆M5 Max芯片之間，每個CPU和GPU模塊通過銅-銅（Cu-Cu）直接鍵合連接，總共形成兩個單元。

需要注意的是，銅-銅直接鍵合工藝成本很高，因此蘋果不會選擇用它來連接兩顆 M5 Max 芯片，而是會采用久經考驗的 UltraFusion 工藝。我們猜測，M5 Ultra 的高端版本將配備 36 核 CPU 和 80 核 GPU，以提供最佳的計算和 GPU 性能。

蘋果公司也不必再擔心在兩款產品中使用 M5 Ultra 處理器的問題了，因為它已經放棄了 Mac Pro，這意味著不會再有新的 Mac Pro 機型更新，只剩下 Mac Studio 等待更新。

蘋果芯片的“binning”是什么？

過去幾周，你可能經常聽到“分檔”（binning)這個詞，它通常用來指代 iPhone 17e 和 MacBook Neo 內部的芯片。但它到底是什么意思呢？簡單來說，“分檔”就是將同一組產品按特性進行分類，以便出售或用于其他用途。

它的起源可以追溯到農業(yè)時期，當時人們會將單一作物的收成分成不同的容器。品質最好的部分適合單獨出售，會被放入一個專門運往市場的容器中。外觀不太吸引人的部分則會被放入另一個容器中，用于批量折扣銷售，加工成食品。而品質和外觀最差的部分則會被放入另一個容器中，用作動物飼料或肥料。

如今，“binning”技術幾乎應用于所有采礦、采伐和制造行業(yè)，從寶石到服裝，當然也包括半導體。例如，如果一塊內存芯片在3000MHz時鐘頻率下測試失敗，就會被分級出售，作為2800MHz的芯片。

包括英特爾、AMD 和英偉達在內的所有主流芯片制造商多年來都采用“binning”策略。但蘋果通過在熱門產品中使用“binning”芯片，使這個術語更加普及。以下將介紹分級芯片的運作方式以及蘋果如何利用分級芯片來獲得優(yōu)勢。

Binning過程詳解

處理器（包括蘋果的處理器）通常按兩種方式進行分級：時鐘頻率和設計缺陷。芯片會在不同的頻率和電壓下進行測試，然后根據測試結果分為兩類：一類是能夠以所需速度通過驗證的，另一類則是運行速度較低的。

芯片制造商隨后可以將速度最快的芯片以溢價出售，或者像蘋果公司那樣，將其用于高端產品中，以滿足用戶對頂級性能的期待。蘋果公司并未公開其大多數芯片的頻率，而芯片的最終運行速度很大程度上取決于目標設備的散熱能力。

更明顯的“binning”方法是禁用芯片的某些部分，以挽救那些在制造過程中原本會失敗的產品。

現代處理器包含數百億個晶體管，這些晶體管是通過將高頻紫外光照射穿過電路圖案的“掩模”蝕刻到硅片上的。這個過程逐層重復，所需的精度令人難以置信。

一塊典型的硅晶圓——一塊直徑約一英尺的圓形扁平晶體——可以生產大約 500 顆芯片，例如 A18，但其中很大一部分會存在缺陷，導致它們無法正常工作。如果蘋果公司不得不把這些廢品都扔掉，每塊晶圓可能只能得到 200 顆（甚至更少）可用的芯片。可用芯片的比例就是硅晶圓的“良率”。芯片制造的成本是按晶圓計算的，因此良率越高，每塊晶圓能生產的可用芯片就越多，每顆芯片的成本也就越低。

現代芯片的設計中包含許多重復且功能相同的區(qū)域。例如，如果芯片有六個GPU核心，那么每個GPU核心都完全相同。這種重復設計可以用于制造過程中的冗余，使制造商能夠將有缺陷的芯片用于其他產品。

通過合理的設計，可以制造出一種芯片，使任何存在制造缺陷的GPU核心在軟件運行時被“熔斷”并忽略。這樣就能將一顆原本帶有6核GPU的故障芯片變成一顆可以正常工作的5核芯片。這種技術可以應用于芯片中大量重復部件的任何地方：CPU和GPU核心、緩存、內存接口電路等等。

哪些蘋果產品使用了廢棄芯片？

使用分揀芯片為蘋果產品提供動力已有近十年時間。早在 2018 年，第三代 iPad Pro 發(fā)布，它搭載了名為 A12X 的 A12 芯片。A12 采用 6 核 CPU 和 4 核 GPU，而 A12X 芯片則配備了 8 核 CPU 和 7 核 GPU。

我們很快就了解到，A12X 芯片實際上設計了 8 個 GPU 核心。由于良率極低，蘋果不得不禁用每個芯片的一個 GPU 核心，才能保證每片晶圓上可用的芯片數量足夠，從而降低成本。2020 年初，第四代 iPad Pro 搭載了 A12Z 處理器。它與 A12X 芯片完全相同，只是啟用了第八個 GPU 核心。制造良率的提升使得這一改進成為可能。

M1芯片最初搭載于MacBook Air上，配備8個GPU核心。但入門級機型禁用了一個GPU核心，這使得蘋果每片晶圓上可利用的芯片數量更多，從而降低了M1芯片的成本。

如今，蘋果銷售的許多產品都采用了經過篩選的芯片。iPhone Air和iPhone 17 Pro一樣，都使用了 A19 Pro 芯片，但 A19 Pro 的 6 個 GPU 核心中有一個被禁用。iPhone 17e使用的是經過篩選的 A19 芯片——17e 只有 4 個 GPU 核心，而普通版 iPhone 17 則有 5 個。入門級 MacBook Air 使用的是 M5 芯片，其中兩個 GPU 核心被禁用（總共 8 個 GPU 核心，而不是 10 個）。MacBook Neo 使用的是 A18 Pro 芯片，其中有一個 GPU 核心被禁用。

分級芯片讓蘋果公司能夠提高良率并降低芯片成本。它還允許蘋果公司使用性能較低的芯片生產價格更低的產品，而無需專門為其設計全新的芯片。作為為數不多的能夠自主研發(fā)芯片和硬件設計的公司之一，這賦予了蘋果公司巨大的優(yōu)勢。

分檔對性能有何影響？

如果你使用的是經過“篩選”的芯片版本，真的會錯過完整的體驗嗎？就像計算機產品的性能經常出現的情況一樣，答案是：視情況而定。

在其他條件相同的情況下，芯片的降級版本會因其核心數量的變化而導致峰值性能下降。例如，如果GPU核心數從5個減少到4個，GPU核心數就減少了20%，通常情況下，GPU峰值性能也會下降20%。

例如，iPhone 17e 的 GPU 性能比 iPhone 17 低約 20%，因為它的 GPU 核心數量少了 20%。iPhone Air 的 GPU 核心數量比 iPhone 17 Pro 少了 17%，因此其圖形基準測試性能也慢了約 17%。

但事情并非如此簡單。幾乎沒有應用會僅僅受限于單個組件的性能。經過篩選的芯片會被用于不同的產品，這些產品可能配備不同的散熱系統(tǒng)、內存速度、最高時鐘頻率以及其他影響性能的特性。因此，性能差異絕不僅僅是“篩選”芯片本身那一項改動造成的。

一般來說，芯片降級帶來的性能下降幅度最大也等于芯片核心數的減少量。例如，M5處理器從10核降到8核，最多只會導致20%的性能下降，而且這種下降只會影響那些對GPU吞吐量特別敏感的應用，而不會影響CPU性能或內存速度等其他因素。

蘋果本可以做得更多，讓消費者更清楚地了解同名產品可能存在性能差異，但芯片分級并非蘋果為了讓消費者花更多錢買更低性能的產品而耍的花招。然而，將部分功能失效的芯片回收利用，生產性能較低的版本，是行業(yè)慣例，這使得蘋果相對于那些無法掌控整個生產流程的競爭對手而言，擁有巨大的優(yōu)勢。

（來源：編譯自macworld）

*免責聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內容系作者個人觀點，半導體行業(yè)觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導體行業(yè)觀察。

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