苹果自研芯片的“套路”

2022年和2023年，苹果陆续发布了搭载第二代苹果Mac处理器“M2”的产品。2023年6月，发布了搭载顶级处理器“M2 Ultra”的“Mac Pro”和“Mac Studio”。在本报告中，由于日程安排（计划很快到货），我们未能获得 M2 Ultra，M2 Ultra 的芯片分析计划在今年夏天进行。

M2 在 2022 年 6 月发布的“MacBook Pro”中首次采用。8 个月后的 2023 年 2 月，搭载更多 CPU/GPU 核心的升级版“M2 Pro”和“M2 Max”的 Mac 系列发布。此外，在 2023 年 6 月，一开始就宣布了搭载 M2 Ultra 的机型。2020年发布的“M1”系列同样采用了“M1”、“M1 Pro”、“M1 Max”和“M1 Ultra”4款机型，因此M2阵容完整。

板子左右开有两个开孔，开孔内装有散热风扇。由空气冷却风扇的热管连接的散热器覆盖处理器。

处理器右侧和顶部有苹果自研的电源IC，板子背面有五颗苹果自研的电源IC。苹果不仅在处理器上，还在并行开发电源IC，如果处理器和电源IC合起来，苹果就做了八颗芯片。处理器上刻有“APL1111”，这是M2 Max的处理器型号名称。

带有超过 4000 个球的端子的“M2 Max”封装

图2是将M2 Max封装从基板上拆下，拆下封装的端子面，并拆下覆盖在封装上的金属LID后的外观照片。

封装背面有4000多个端子球。目前，大规模芯片封装越来越多地配备3000多个端子。一个封装7000多终端开始出现。

在封装中，不仅安装了处理器，还安装了存储器和各种用于改善特性的部件，并且包含系统本身，例如电源增强，由于宽位而增加的端子以及由于功能而增加的端子聚合..

M2 Max 的端子之间有 27 块微小的硅片。这些是硅电容器。过去使用陶瓷电容，但苹果使用硅（大容量）并将其直接放置在处理器上方，以增强电源稳定性等特性。

取下盖子可以看到包装内有五个芯片。中间是M2 Max处理器。处理器上方和下方的模制封装中共有四个 LPDDR5。这四个是一样的。4 个 LPDDR5 每个内部有 8 个硅和 2 个虚拟硅。一个 LPDDR5 封装中有 10 个硅片。

虚拟硅是 Apple 以外的许多公司使用的技术。虚拟硅，顾名思义，就是没有电路的硅。通过将其放置在硅的侧面或顶部和底部，通常用于改善特性，例如使厚度均匀，增加封装强度，提高散热性。在 M2 Max 的情况下，可以通过将处理器放在中间来平衡到内存的距离。低配的M2 Pro在处理器和LPDDR5的封装上也有同样的排列关系。

硅片总面积大于2000mm²

图 3显示了从包装中取出的 M2 Max。在硅上，有用于连接晶体管之间的布线层，图3的右侧示出了布线层被取出的状态。

即使有布线层，也能知道大概的内部状态。芯片顶部中央有8个高性能CPU核心，左侧有4个高效CPU核心。也就是说，CPU总共有12个核心。CPU 底部是一个 38 核的 GPU。

GPU左右两侧为LPDDR5接口。GPU底部的接口部分是苹果专用于连接M2 Max的接口（详情见付费Techanarie报告）。如果将 M2 Max 倒置并通过接口处的硅中介层连接，它将成为 M2 Ultra。这是使用两个 M1 Max 来创建 M1 Ultra 的行之有效的方法。

通过仔细观察带有布线层的硅片，可以发现硅片上写有布线层的硅型号名称。M2 Max 的硅型号名称是“TMNM28”。许多半导体不仅有型号名称，还有制造商的标志和年份信息，但苹果的许多芯片只有硅型号名称。

表 1总结了 Apple M2 Max 封装中使用的所有硅的数量、总面积等。从2010年开始，对于智能手机和PC，出现了很多整合，比如SIP（System In Package）、POP（Package On Package）、MCP（Multi Chip Package）、chiplets等技术的使用。

Apple 使用 TSMC 的 InFO（集成扇出）等技术，通过将功能芯片和特性芯片组合在一个封装中来创建处理器。它是围绕处理器和支撑处理器的硅电容器的存储器结构。同样的结构不仅适用于 M2 Max，也适用于智能手机的“A 系列”。M2 Max 封装 APL1111 总共包含 68 块硅片。功能硅33个，特性硅35个。内部硅片总面积超过2000mm2 ！

表2是苹果产品高性能CPU的一个核心放大图。虽然分辨率略有降低，但四款产品的尺寸、形状等都是一样的。

完成一个 CPU 后，将其复制

Tekanarye 获得了几乎所有的 Apple 芯片，将它们拆开并进行了分析。CPU、GPU、接口等主要部件都在剥掉布线层，露出内部晶体管的情况下拍照。

据透露，M2系列的高性能CPU与“iPhone”的“A15 Bionic”相同。M1 系列基于 A14 仿生。我们正在做理想的可扩展开发，即完成一个 CPU 并复制核心以扩展性能。

传闻下一代“M3”会采用3nm代工制程，但如果是基于“A16 Bionic”（应用4nm代制程）的话，应用4nm似乎是有可能的。

无论如何，一旦有实物，这种谣言和预测就会变得清晰，所以我想等待实物。在苹果M2系列中，不仅是CPU，GPU、NE（Neural Engine）等很多基础功能电路都是从A系列抄袭而来，并增加了数量。我们开发了一个基座，改变了核心数量，创造了超高、高、中高、中、低。为了方便起见，我用“低”这个词，但它并不是真正的低端，它实际上是高端中的一个划分。

图 4显示了 Apple 的 A15 Bionic、M2、M2 Pro 和 M2 Max 之间的关系。图中红框为高性能CPU核心数，绿框为GPU核心数。

M2是iPhone版A15 Bionic的CPU和GPU核心数翻倍的（不过显示器等假设不同，所以周边功能和连接功能也不同，接口也不同）。M2 Pro 和 M2 Max 的 CPU 内核是 M2 的两倍，GPU 几乎翻了一番，几乎翻了四倍。这四款芯片极有可能从一开始就同时开发，而不是按发布顺序开发。不管怎么说，苹果从出货量最多的A系列开始，逐步推出高端产品的作风，与以往A系列给“iPad”的设计一脉相承。看来以后的M3和M4几乎就是同款了。

审核编辑：刘清