关于苹果的自研芯片 M1 系列仍然有着许多谜题。

也就在最近，关于 M1 芯片的后续，M2、M3 的传闻纷沓至来，不过多是一些捕风捉影的信息，对于架构、性能、核心这些都没有特别明确的信息，而更多的是围绕台积电工艺节点的升级。

▲ M1 还没出完，M2、M3 或许就要来了. 图片来自：progamer

台积电 4nm、3nm 等新的制程工艺可能会是较大的升级点。如此来说，在能耗比上已惊艳众人的 M1 系列，M2、M3 只增不减。

只是，在两年后，当节点工艺升级到 3nm 之后呢？

大概有两条，一条是把节点工艺干到 1nm，无线逼近物理极限，但难上加难。另一条是绕过节点工艺升级带来的福利，走 Chiplet「小芯片」之路。

一颗 M1 Max 不够？那就给 Mac Pro 装上两颗

不过，一向不喜欢被供应链摆布的苹果，在吃节点、ARM 芯片高能效比优势的同时，或许也在找可行之法。

从 M1 到性能更强的 M1 Pro、M1 Max，它们有着几乎相同的架构，单核心的性能释放较为接近，最大的不同其实是在核心数目上。

甚至，你也可以简单的理解为，基于 ARM 的 M 芯片是靠着堆核心数目来获得更高的性能天花板。

• M1：CPU 4+4 核，GPU 8 核，160 亿晶体管，16 核心神经网络；
• M1 Pro：CPU 2+8 核，GPU 16 核，337 亿晶体管，16 核心神经网络；
• M1 Max：CPU 2+8 核，GPU 32 核；570 亿晶体管，16 核心神经网络；

而简单的从另一个维度来看，M1 芯片面积约 120mm2，M1 Pro 为 245mm2，到了 M1 Max 这里就直接飙升到 M1 Max 432mm2。

同一代 M 芯片，越 Max，核心数、芯片面积也就越 Max，从这里也不难理解苹果对 M 芯片的命名规则了，通俗易懂，微软、Intel、高通真的该好好学学。

虽然苹果芯片架构师、副总裁蒂姆・米勒特（Tim Millet）早在 11 月份就在 Upgrade 播客里详细的阐述了苹果研发 M 芯片的辛路历程，但对于 M 芯片接下来如何发展，以及在 Max 基础之上如何更 Max 只字未提。

▲ 苹果芯片架构师、副总裁蒂姆・米勒特（Tim Millet）. 图片来自：Apple

随着 MacBook Pro 14/16 陆续上市，经过许多民间 DIYer 的探究，似乎也发现了苹果让 M1 Max 更 Max 伏笔。

那就是「放两个 M1 Max 进去，甚至还可以加倍」。

▲ M1 Max 隐藏区域. 图片来自：HothardWare

这个猜想实则是基于拆解后，发现 M1 Max 相对于 M1 Pro 多出了一块「不明区域」，脑洞一番之后，猜测是为连接两颗甚至多颗 M1 Max 预留的「高速总线」。

▲ Tim Cook：Intel，this is for you. 图片来自：Max Tech

这也契合了此前新 iMac Pro、Mac Pro 会采用多颗 M1 Max 组成的超大颗处理器的传闻。「这简直就像是在玩乐高、堆积木，简直乱拳打死老师傅」。

不过，「堆积木」这个说法并不太准确，「拼图」更精准一些。如此来说，双份 M1 Max 的芯片面积会相当可观，四倍那就更前无古人了。

M1 Max Duo 超过英伟达的顶级 GPU GA100 芯片面积（826mm2）几乎板上钉钉。

如此巨大的 SoC，纵观整个半导体历史，绝对能够算上「霸王龙」级别的芯片，更别说它会基于 5nm 工艺，成本也极有可能超过任何一枚当代的芯片。

当 M 系芯片走进「侏罗纪公园」

从重达 30 吨，占地 170 平方米的初代计算机 ENIAC，到现在的桌上 PC，设备几乎都朝着小型化、集成化发展。

而半导体世界的处理器也是如此，当工艺节点还属于 μm 时，英特尔初代奔腾（Pentium）面积大概是 294mm2，基于 0.8μm 工艺。

▲ Intel Pentium III Xeon.

在 x86 处理器时代，Intel Pentium III Xeon 面积达到 385mm2，基于 0.18μm 工艺。但在当时，众处理器厂商在严控体积打压成本推出较为平价的 PC 以推向大众。

后续，无论是 64 位的普及，还是工艺节点的跃升，处理器的尺寸多是控制在 500mm2 以下，成本控制，高效利用晶圆的前提下，几近遏制住了消费级处理器面向「恐龙化」的发展。

消费半导体行业似乎也逐步从侏罗纪慢慢走向了新时代。

▲ 民间大神也在为苹果 M 芯片的发展之路出谋划策. 图片来自：Twitter

而此时苹果 M 芯片可能的发展路线似乎又绕回到了「侏罗纪」，只不过处理器尺寸跃进的同时，晶体管的密度也没有落下。

虽然听起来将两枚芯片拼在一起应该不难，也无需重新设计架构、核心。但实际之中，随着芯片面积的增加（尤其是成倍的增长），以及保证足够良率和产能的情况下，成本直接起飞。

而苹果的 M 系芯片依然是个消费级产品，一年前摆脱 Intel，一方面是为了控制产品力，另一方面其实还是控制成本，达到利润最大化。大面积 SoC 飘忽不定的成本显然不是苹果所期望的。

▲ M1 Max 最高的统一内存是 64GB，那 M1 Max Duo 直接来到 128GB？

另一方面，两枚或者更多的 M1 Max 拼接，统一内存（UMA）的设计也会是一个巨大的难题，重新规划多核心的位置，引入更大的带宽，以及更高容量的内存再所难免。

于公，可能是更复杂的芯片设计，于私，可能会无形增加几倍的成本，都会是苹果 M 芯片变得更 Max 的两大绊脚石。

摩尔定律已成过去，日拱一卒才是当下

「集成电路上可容纳的晶体管数目，约每两年会增加一倍。」这是著名的摩尔定律，它还有另外一个说法，「每隔 18 个月，芯片的性能就会提高一倍。」

▲ MacBook Pro 16. 图片来自：dpreview

这里的性能其实就指的是晶体管数量，M1 Max 相较于 M1 有着 3.5 倍的性能提升，恰恰也正好反应的是晶体管数量的差距。

晶体管数量翻倍在 M1 系列这里，是芯片面积增加。而从历史来看，更多依靠的还是工艺上的进步，从 μm 到 nm 级，晶体管数量也从百万级跃升到亿级。

但是在 2013 年左右，摩尔定律就有所放缓，从彼时到现在，工艺节点的提升对于性能的收益正在不断减少。

更先进的工艺制程，的确可以翻升晶体管数量，但也伴随着成本和良率的变化。

▲ 台积电预计 2023 年开始投产 3nm 工艺. 图片来自：anandtech

根据国际商业战略公司 (IBS) 所公布的数据，设计 3nm 芯片预计将耗资 5.9 亿美元，而 5nm 只要 4.16 亿美元，7nm 为 2.17 亿美元，28nm 不过才 4000 万美元。

台积电此前对外宣布将会投资 200 亿美元来兴建 3nm 晶圆工厂，同样是为了 3nm，三星所耗费的并不比台积电低。

而到目前为止，也只有台积电和三星在积极布局 3nm 晶圆，其他厂商并非是不想，只是花不起这钱。

另一方面，芯片的良品率随着面积增大而降低，700mm2 的设计合格率大概只有 30%，缩小到 150mm2 良品率就飙升到 80%。

无论从哪方面来看，芯片升级之路似乎已经被堵死了。

▲ AMD 基于 Zen 2 的 EPYC 2 (Rome) 处理器. 图片来自：AMD

为了能继续提升芯片规模和密度，不少人把目光从工艺节点的升级转向了封装工艺上，也就是 AMD 押宝的 Chiplet（小芯片）技术。

Chiplet 简单来说就像汤圆馅的饺子一样，把不同功能的小芯片封装在一起，而不是直接从晶圆上切割，以先进的封装工艺来弥补工艺节点的停滞。

▲ 目前对于 Chiplet 最为形象的比喻（但我不认可这种吃法）.

近年来 AMD 也正是通过 Chiplet 技术不断地提升处理器密度对 Intel 进行了逆袭，逐步开始抢夺市场。

对于近年崛起的 Chiplet，科技行业权威咨询机构 The Linley Group 在《Why Big Chips Are Getting Small》一文中，直接提出 Chiplet 可以将大型 7nm 芯片的设计成本降低 25% 以上，而在面对 5nm 和更高工艺时，节省的成本还会更高。

▲ AMD 基于 3D Chiplet 封装的 Ryzen 9 5900X CPU.

而 AMD 所公布的 3D V-Cache 也在证实，旧的工艺与先进的封装工艺所结合的 Chiplet，可以达到更高节点的性能，甚至还能把不同工艺节点的芯片进行混装，有着足够的灵活度。

除了降低成本，实现更先进的性能之外，Chiplet 还会加快产品面市速度，毕竟直接利用旧芯片配合先进封装工艺即可，甚至完全可以忽略对先进工艺节点的布局。

说了这么多好处，Chiplet 也有相应的劣势，小芯片 2D、3D 的堆叠对热管理设计有着相当高的要求，且封装体内总热功耗会有明显的提升。

▲ 基于 Chiplet 的 Intel 服务器芯片. 图片来自：nextplatorm

但无论如何，Chiplet 已经被很多机构、厂商认定为后摩尔时代，在芯片上性能持续突破的重要技术。

▲ M1 inside 的 Mac mini 与 MacBook Air.

而回到最开始的苹果自研 M 芯片上，通过 ARM 架构，以及工艺节点的升级，不断提升能效比，顺便控制下良率与成本。至于是否会通过拼接多个 M1 Max 一同组成复杂的巨型 SoC 塞入工作站级别的 Mac Pro 中，从目前来说，苹果有足够的的资本与实力去设计与生产出类似于「史前巨兽」的处理器。

▲ iMac Pro 2022 的非官方渲染图.

至于 Chiplet，我想它肯定已经出现在苹果芯片团队中的图纸上，与其面对未来不明朗的工艺节点提升，倒不如主动求变，凭借现行的 M 芯片、A 芯片去组合完成更深层次的 SoC 升级。

而可能出现的 M1 Max Duo 也极有可能成为苹果造芯史上尺寸最大的 SoC，且后无来者。

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