m1ultra怎么发挥最大功率

在当下的半导体行业中，Chiplet(芯粒)设计已经成为行业主流，推动Chiplet发展的AMD获益良多。苹果在3月9日的发布会上推出自研的M1 Ultra芯片，通过UltraFusion架构将两个M1 Max芯片拼在一起，使芯片的各项硬件指标翻倍，性能也得到大幅提升。

性能方面，苹果M1 Ultra支持128GB高带宽、低延迟的统一内存，内建20个CPU核心、64个GPU核心和32核神经网络引擎，每秒可提供高达22万亿次运算，其GPU性能是苹果M1芯片的8倍，比最新的16核PC台式机高90%。

早在2021年10月的M1 Max中使用了UltraFusion技术，但直到M1 Ultra发布会上才正式公开。UltraFusion架构使用硅中介层(Silicon Interposer)和微型凸块(Micro-Bump)，将芯片连接信号超过10000个，提供2.5TB/s超高处理器间带宽和低延迟。UltraFusion的互联带宽其他多芯片互连技术的4倍多，领先于由英特尔、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)。

根据苹果公司和台积电已发表的专利和论文，从2.5D/3D互连和技术层面解析UltraFusion封装架构。最近几年，随着摩尔定律的逐渐放缓，新的“摩尔定律2.0”开始被芯片厂商接受，摩尔定律2.0的核心，就是封装技术，让芯片封装从传统的2.5D升级到3D，这新技术包括了英特尔Foveros、台积电的3D晶圆键合(wafer-on-wafer)等。

从M1 Ultra发布的UltraFusion图示可以看到，苹果M1 Ultra应该是采用台积电基于第五代CoWoS Chiplet技术的互连架构。Chip-on-Wafer-on-Substrate with Si interposer(CoWoS-S)是一种基于TSV的多芯片集成技术，广泛应用于高性能计算(HPC)和人工智能(AI)加速领域。

随着CoWoS技术的进步，可制造的中介层(Interposer)面积稳步增加，全掩模版尺寸及户翻了一番，从大约830mm2提升至1700mm2，中介层面积的增加，会让封装后的芯片的面积加大。台积电第5代CoWoS-S达到最多三个全光罩尺寸(大约2500mm2)的水平，通过双路光刻拼接方法，让硅中介层可容纳1200mm2的多个逻辑芯粒和八个HBM(高带宽内存)堆栈，芯粒与硅中介层的采用面对面(互连层与互连层对接)的连接方式。

在UltraFusion技术中，通过CoWo-S5的裸片缝合(Die Stitching)技术，可将4个掩模版拼接来扩大中介层的面积。这种方法可让4个掩模被同时曝光，并在单个芯片中生成四个缝合的“边缘”。苹果公司的专利还提到，UltraFusion技术的片间互连可以是单层金属、也可以是多层金属。

UltraFusion不仅是简单的物理连接结构，封装架构中还有6项特别优化过的技术。

第一项就是在UltraFusion芯片中，加入新的低RC(电容x电阻=传输延迟)金属层，它能够在毫米互连尺度上提供更好的片间信号完整性。与传统的多芯片模块(MCM)等封装解决方案相比，UltraFusion的中介层在逻辑芯粒之间或逻辑芯粒和存储器堆栈之间提供密集且短的金属互连。拥有片间完整性更好、能耗更低，同时还能以更高的频率运行。

第二项就是互连功耗控制，UltraFusion使用可关闭的缓冲器(Buffuer)，进行互连缓冲器的功耗控制，有效降低暂停的互连线的能耗。

第三项是优化高纵横比的硅通孔(TSV)，TSV是硅中介层技术中另一个非常关键部分。UltraFusion/CoWoS-S5通过使用重新设计的TSV，优化传输特性，以适合高速SerDes传输。

第四项集成在中介层的电容(iCAP)，UltraFusion在中介层集成深沟槽电容器(iCap)，提升芯片的电源完整性。集成在中介层的电容密度超过300nF/mm2，帮助各芯粒和信号互连享有更稳定的供电。

第五项新的热界面材料，UltraFusion通过集成在CoWoS-S5中，使用热导率>20W/K的新型非凝胶型热界面材料(TIM)，拥有100%的覆盖率，提高各个高算力芯粒的散热能力，提升整体散热性能，降低积热。

第六项通过Die-Stitching技术有效提升封装良率降低成本，UltraFusion仅将KGD(Known Good Die)进行键合，避免传统WoW(Wafer on Wafer)或CoW(Chip on Wafer)中失效的芯粒被封装的问题，提升封装后的良率，降低整体的平均成本。

CBGA Ceramic Ball Grid Array 陶瓷焊球阵列

CCGA Ceramic Column Grid Array 陶瓷焊柱阵列

CLCC Ceramic Leaded Chip Carrier 带引脚的陶瓷片式载体

CML Current Mode Logic 电流开关逻辑

CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor 互补金属氧化物半导体

COB Chip on Board 板上芯片

COC Chip on Chip 叠层芯片

COG Chip on Glass 玻璃板上芯片

CSP Chip Size Package 芯片尺寸封装

CTE Coefficient of Thermal Expansion 热膨胀系数

CVD Chemical Vapor Depositon 化学汽相淀积

DCA Direct Chip Attach 芯片直接安装

DFP Dual Flat Package 双侧引脚扁平封装

DIP Double In-Line Package 双列直插式封装

DMS Direct Metallization System 直接金属化系统

DRAM Dynamic Random Access Memory 动态随机存取存贮器

DSO Dual Small Outline 双侧引脚小外形封装

DTCP Dual Tape Carrier Package 双载带封装

3D Three-Dimensional 三维

2D Two-Dimensional 二维

EB Electron Beam 电子束

ECL Emitter-Coupled Logic 射极耦合逻辑

FC Flip Chip 倒装片法

FCB Flip Chip Bonding 倒装焊

FCOB Flip Chip on Board 板上倒装片

FEM Finite Element Method 有限元法

FP Flat Package 扁平封装

FPBGA Fine Pitch Ball Grid Array 窄节距BGA

FPD Fine Pitch Device 窄节距器件

FPPQFP Fine Pitch Plastic QFP 窄节距塑料QFP

GQFP Guard-Ring Quad Flat Package 带保护环的QFP

HDI High Density Interconnect 高密度互连

HDMI High Density Multilayer Interconnect 高密度多层互连

HIC Hybird Integrated Circuit 混合集成电路

HTCC High Temperature Co-Fired Ceramic 高温共烧陶瓷

HTS High Temperature Storage 高温贮存

IC Integrated Circuit 集成电路

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极晶体管

ILB Inner-Lead Bond 内引脚焊接

I/O Input/Output 输入/输出

IVH Inner Via Hole 内部通孔

JLCC J-Leaded Chip Carrier J形引脚片式载体

KGD Known Good Die 优质芯片

LCC Leadless Chip Carrier 无引脚片式载体

LCCC Leadless Ceramic Chip Carrier 无引脚陶瓷片式载体

LCCP Lead Chip Carrier Package 有引脚片式载体封装

LCD Liquid Crystal Display 液晶显示器

LCVD Laser Chemical Vapor Deposition 激光化学汽相淀积

LDI Laser Direct Imaging 激光直接成像

LGA Land Grid Array 焊区阵列

LSI Large Scale Integrated Circuit 大规模集成电路

LOC Lead Over Chip 芯片上引线健合

LQFP Low Profile QFP 薄形QFP

LTCC Low Temperature Co-Fired Ceramic 低温共烧陶瓷

MBGA Metal BGA 金属基板BGA

MCA Multiple Channel Access 多通道存取

MCM Multichip Module 多芯片组件

MCM-C MCM with Ceramic Substrate 陶瓷基板多芯片组件

MCM-D MCM with Deposited Thin Film Inteconnect Substrate 淀积薄膜互连基板多芯片组件

MCM-L MCM with Laminated Substrate 叠层基板多芯片组件

MCP Multichip Package 多芯片封装

MELF Metal Electrode Face Bonding 金属电极表面健合

MEMS Microelectro Mechanical System 微电子机械系统

MFP Mini Flat Package 微型扁平封装

MLC Multi-Layer Ceramic Package 多层陶瓷封装

MMIC Monolithic Microwave Integrated Circuit 微波单片集成电路

MOSFET Metal-Oxide-Silicon Field-Effect Transistor 金属氧化物半导体场效应晶体管

MPU Microprocessor Unit 微处理器

MQUAD Metal Quad 金属四列引脚

MSI Medium Scale Integration 中规模集成电路

OLB Outer Lead Bonding 外引脚焊接

PBGA Plastic BGA 塑封BGA

PC Personal Computer 个人计算机

PFP Plastic Flat Package 塑料扁平封装

PGA Pin Grid Array 针栅阵列

PI Polymide 聚酰亚胺

PIH Plug-In Hole 通孔插装

PTF Plastic Leaded Chip Carrier 塑料有引脚片式载体

PTF Polymer Thick Film 聚合物厚膜

PWB Printed Wiring Board 印刷电路板

PQFP Plastic QFP 塑料QFP

QFJ Quad Flat J-leaded Package 四边J形引脚扁平封装

QFP Quad Flat Package 四边引脚扁平封装

QIP Quad In-Line Package 四列直插式封装

RAM Random Access Memory 随机存取存贮器

SBB Stud-Bump Bonding 钉头凸点焊接

SBC Solder-Ball Connection 焊球连接

SCIM Single Chip Integrated Module 单芯片集成模块

SCM Single Chip Module 单芯片组件

SLIM Single Level Integrated Module 单级集成模块

SDIP Shrinkage Dual Inline Package 窄节距双列直插式封装

SEM Sweep Electron Microscope 电子扫描显微镜

SIP Single In-Line Package 单列直插式封装

SIP System In a Package 系统级封装

SMC Surface Mount Component 表面安装元件

SMD Surface Mount Device 表面安装器件

SMP Surface Mount Package 表面安装封装

SMT Surface Mount Technology 表面安装技术

SOC System On Chip 系统级芯片

SOIC Small Outline Integrated Circuit 小外形封装集成电路

SOJ Small Outline J-Lead Package 小外形J形引脚封装

SOP Small Outline Package 小外形封装

SOP System On a Package 系统级封装

SOT Small Outline Transistor 小外形晶体管

SSI Small Scale Integration 小规模集成电路

SSIP Small Outline Single-Line Plug Package 小外形单列直插式封装

SSOP Shrink Small Outline Package 窄节距小外形封装

SPLCC Shrinkage Plasitc Leadless Chip Carrier 窄节距塑料无引脚片式载体

STRAM Selftimed Random Access Memory 自定时随机存取存贮器

SVP Surface Vertical Package 立式表面安装型封装

TAB Tape Automated Bonding 载带自动焊

TBGA Tape BGA 载带BGA

TCM Thermal Conduction Module 热导组件

TCP Tape Carrier Package 带式载体封装

THT Through-Hole Technology 通孔安装技术

TO Transistor Outline 晶体管外壳

TPQFP Thin Plastic QFP 薄形塑料QFP

TQFP Tape QFP 载带QFP

TSOP Thin SOP 薄形SOP

TTL Transistor-Transistor Logic 晶体管-晶体管逻辑

UBM Metalization Under Bump 凸点下金属化

UFPD Ultra Small Pitch Device 超窄节距器件

USOP Ultra SOP 超小SOP

USONF Ultra Small Outline Package Non Fin 无散热片的超小外形封装

UV Ultraviolet 紫外光

VHSIC Very High Speed Integrated Circuit 超高速集成电路

VLSI Very Large Scale Integrated Circuit 超大规模集成电路

WB Wire Bonding 引线健合

WLP Wafer Level Package 圆片级封装

WSI Wafer Scale Integration 圆片级规模集成

---