苹果m1ultrafusion封装技术解析苹果于3月9日公布其迄今最强自

苹果于3月9日公布其迄今最强自研电脑芯片M1Ultra ，它将两个M1Max芯片拼在一起，使得芯片各项硬件指标直接翻倍，这背后的关键技术即是苹果创新定制的封装架构UltraFusion 。千芯科技董事长陈巍通过分析苹果公司与其芯片代工厂台积电的专利和论文，对这一先进封装技术进行解读。
2022年3月，苹果又一次触动了芯片界的游戏规则。苹果发布的M1Ultra芯片，是迄今为止该公司最强大的芯片，却是一个“拼装货” 。尽管很多计算芯片已采用Chiplet（芯粒）技术提升性能，但“拼装货”M1Ultra的性能还是让PC界震撼了。
M1Ultra支持高达128GB的高带宽、低延迟统一内存，支持20个CPU核心、64个GPU核心和32核神经网络引擎，每秒可运行高达22万亿次运算，提供的GPU性能是苹果M1芯片的8倍，提供的GPU性能比最新的16核PC台式机还高90% 。
苹果的新M1Ultra芯片“拼装”性能之所以成为可能，要归功于其UltraFusion架构。其实， UltraFusion功能早已内置于之前发布的苹果M1Max芯片中，但直到3月的苹果PeekPerformance活动才被明确提出。

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▲苹果公司M1Ultra的UltraFusion架构
M1Ultra芯片的UltraFusion架构使用硅中介层（SiliconInterposer）和微型凸块（Micro-Bump），将芯片连接到超过10,000个信号。
该技术提供2.5TB/s的超高处理器间带宽，以及低延迟。这一性能是其他多芯片互连技术带宽的4倍多。这个速率带宽也明显领先于英特尔、AMD、Arm、台积电和三星等众多行业巨头组成的通用芯粒互连联盟（UCIe）当前的性能。

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▲英特尔等巨头主推的UCIe
根据苹果公司和台积电已发表的专利和论文，我们从2.5D/3D互连和技术层面解析UltraFusion封装架构。
01.芯片封装走向2.5D/3D互连
按摩尔定律描述，芯片上的晶体管数量每24个月翻一番。这对于CPU、GPU、FPGA和DSA依然适用。

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▲芯片晶体管数量逐渐增长（Y.H.Chenetal.,2020）
随着芯片算力呈指数级增长，芯片尺寸逐渐超出光刻掩模版尺寸，系统级封装（SystemonPackage ， SoP），特别是Chiplet技术，成为维持摩尔定律，超越掩模版限制的有效方式。（Y.H.Chenetal.,2020）
图灵奖得主姚期智院士也非常重视Chiplet技术，在2020年指导成立了中国自己的Chiplet产业联盟，该联盟与北极雄芯共同为国内设计企业提供Chiplet交流合作的平台和高性价的解决方案。

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▲高性价比的Chiplet方案（北极雄芯/中国Chiplet产业联盟提供）
通过快速发展的片间互连技术和封装技术，摩尔定律从单独的晶体管缩放（摩尔定律1.0）演变为系统级缩放（被业界戏称为摩尔定律2.0）。

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▲片间互连技术逐年快速发展（Y.H.Chenetal.,2020）
封装从2D（二维）逐渐发展到2.5D和3D 。集成电路从扩大面积和立体发展两条路来提升整体性能。

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