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蘋果在M5 Pro 和 M5 Max上推出的 Fusion 架構(gòu) 突破了芯片組開發(fā)的限制，在保持出色能效的同時(shí)，集成了更多運(yùn)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(guān)于其架構(gòu)的細(xì)節(jié)信息卻很少。

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

UltraFusion架構(gòu)已在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中經(jīng)受住了考驗(yàn)，而重復(fù)利用舊設(shè)計(jì)有助于提高M(jìn)5 Ultra的良率并降低成本。

盡管此前有報(bào)道稱 M5 Ultra 將采用單芯片設(shè)計(jì)，但 Frenchy on X 的 Fred 認(rèn)為蘋果仍會(huì)繼續(xù)使用 UltraFusion 技術(shù)，將兩顆 M5 Max 芯片合并成一顆。原因很簡(jiǎn)單：蘋果已經(jīng)將 UltraFusion 技術(shù)應(yīng)用于三款工作站級(jí)芯片，每一款都顯著提升了計(jì)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(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)量的量產(chǎn)。UltraFusion Interposer將位于兩顆M5 Max芯片之間，每個(gè)CPU和GPU模塊通過(guò)銅-銅（Cu-Cu）直接鍵合連接，總共形成兩個(gè)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(huì)選擇用它來(lái)連接兩顆 M5 Max 芯片，而是會(huì)采用久經(jīng)考驗(yàn)的 UltraFusion 工藝。我們猜測(cè)，M5 Ultra 的高端版本將配備 36 核 CPU 和 80 核 GPU，以提供最佳的計(jì)算和 GPU 性能。

蘋果公司也不必再擔(dān)心在兩款產(chǎn)品中使用 M5 Ultra 處理器的問(wèn)題了，因?yàn)樗呀?jīng)放棄了 Mac Pro，這意味著不會(huì)再有新的 Mac Pro 機(jī)型更新，只剩下 Mac Studio 等待更新。

蘋果芯片的“binning”是什么？

過(guò)去幾周，你可能經(jīng)常聽到“分檔”（binning)這個(gè)詞，它通常用來(lái)指代 iPhone 17e 和 MacBook Neo 內(nèi)部的芯片。但它到底是什么意思呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“分檔”就是將同一組產(chǎn)品按特性進(jìn)行分類，以便出售或用于其他用途。

它的起源可以追溯到農(nóng)業(yè)時(shí)期，當(dāng)時(shí)人們會(huì)將單一作物的收成分成不同的容器。品質(zhì)最好的部分適合單獨(dú)出售，會(huì)被放入一個(gè)專門運(yùn)往市場(chǎng)的容器中。外觀不太吸引人的部分則會(huì)被放入另一個(gè)容器中，用于批量折扣銷售，加工成食品。而品質(zhì)和外觀最差的部分則會(huì)被放入另一個(gè)容器中，用作動(dòng)物飼料或肥料。

如今，“binning”技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有采礦、采伐和制造行業(yè)，從寶石到服裝，當(dāng)然也包括半導(dǎo)體。例如，如果一塊內(nèi)存芯片在3000MHz時(shí)鐘頻率下測(cè)試失敗，就會(huì)被分級(jí)出售，作為2800MHz的芯片。

包括英特爾、AMD 和英偉達(dá)在內(nèi)的所有主流芯片制造商多年來(lái)都采用“binning”策略。但蘋果通過(guò)在熱門產(chǎn)品中使用“binning”芯片，使這個(gè)術(shù)語(yǔ)更加普及。以下將介紹分級(jí)芯片的運(yùn)作方式以及蘋果如何利用分級(jí)芯片來(lái)獲得優(yōu)勢(shì)。

Binning過(guò)程詳解

處理器（包括蘋果的處理器）通常按兩種方式進(jìn)行分級(jí)：時(shí)鐘頻率和設(shè)計(jì)缺陷。芯片會(huì)在不同的頻率和電壓下進(jìn)行測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果分為兩類：一類是能夠以所需速度通過(guò)驗(yàn)證的，另一類則是運(yùn)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(jià)出售，或者像蘋果公司那樣，將其用于高端產(chǎn)品中，以滿足用戶對(duì)頂級(jí)性能的期待。蘋果公司并未公開其大多數(shù)芯片的頻率，而芯片的最終運(yùn)行速度很大程度上取決于目標(biāo)設(shè)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(guò)程中原本會(huì)失敗的產(chǎn)品。

現(xiàn)代處理器包含數(shù)百億個(gè)晶體管，這些晶體管是通過(guò)將高頻紫外光照射穿過(guò)電路圖案的“掩模”蝕刻到硅片上的。這個(gè)過(guò)程逐層重復(fù)，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(chǎn)大約 500 顆芯片，例如 A18，但其中很大一部分會(huì)存在缺陷，導(dǎo)致它們無(wú)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(jì)算的，因此良率越高，每塊晶圓能生產(chǎn)的可用芯片就越多，每顆芯片的成本也就越低。

現(xiàn)代芯片的設(shè)計(jì)中包含許多重復(fù)且功能相同的區(qū)域。例如，如果芯片有六個(gè)GPU核心，那么每個(gè)GPU核心都完全相同。這種重復(fù)設(shè)計(jì)可以用于制造過(guò)程中的冗余，使制造商能夠?qū)⒂腥毕莸男酒糜谄渌a(chǎn)品。

通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，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(yùn)行時(shí)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(shù)可以應(yīng)用于芯片中大量重復(fù)部件的任何地方：CPU和GPU核心、緩存、內(nèi)存接口電路等等。

哪些蘋果產(chǎn)品使用了廢棄芯片？

使用分揀芯片為蘋果產(chǎn)品提供動(dòng)力已有近十年時(shí)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(shí)際上設(shè)計(jì)了 8 個(gè) GPU 核心。由于良率極低，蘋果不得不禁用每個(gè)芯片的一個(gè) GPU 核心，才能保證每片晶圓上可用的芯片數(shù)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(gè) GPU 核心。制造良率的提升使得這一改進(jìn)成為可能。

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

如今，蘋果銷售的許多產(chǎn)品都采用了經(jīng)過(guò)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(gè) GPU 核心中有一個(gè)被禁用。iPhone 17e使用的是經(jīng)過(guò)篩選的 A19 芯片——17e 只有 4 個(gè) GPU 核心，而普通版 iPhone 17 則有 5 個(gè)。入門級(jí) MacBook Air 使用的是 M5 芯片，其中兩個(gè) GPU 核心被禁用（總共 8 個(gè) GPU 核心，而不是 10 個(gè)）。MacBook Neo 使用的是 A18 Pro 芯片，其中有一個(gè) GPU 核心被禁用。

分級(jí)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(chǎn)價(jià)格更低的產(chǎn)品，而無(wú)需專門為其設(shè)計(jì)全新的芯片。作為為數(shù)不多的能夠自主研發(fā)芯片和硬件設(shè)計(jì)的公司之一，這賦予了蘋果公司巨大的優(yōu)勢(shì)。

分檔對(duì)性能有何影響？

如果你使用的是經(jīng)過(guò)“篩選”的芯片版本，真的會(huì)錯(cuò)過(guò)完整的體驗(yàn)嗎？就像計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的性能經(jīng)常出現(xiàn)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(jí)版本會(huì)因其核心數(shù)量的變化而導(dǎo)致峰值性能下降。例如，如果GPU核心數(shù)從5個(gè)減少到4個(gè)，GPU核心數(shù)就減少了20%，通常情況下，GPU峰值性能也會(huì)下降20%。

例如，iPhone 17e 的 GPU 性能比 iPhone 17 低約 20%，因?yàn)樗?GPU 核心數(shù)量少了 20%。iPhone Air 的 GPU 核心數(shù)量比 iPhone 17 Pro 少了 17%，因此其圖形基準(zhǔn)測(cè)試性能也慢了約 17%。

但事情并非如此簡(jiǎn)單。幾乎沒有應(yīng)用會(huì)僅僅受限于單個(gè)組件的性能。經(jīng)過(guò)篩選的芯片會(huì)被用于不同的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可能配備不同的散熱系統(tǒng)、內(nèi)存速度、最高時(shí)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(xiàng)改動(dòng)造成的。

一般來(lái)說(shuō)，芯片降級(jí)帶來(lái)的性能下降幅度最大也等于芯片核心數(shù)的減少量。例如，M5處理器從10核降到8核，最多只會(huì)導(dǎo)致20%的性能下降，而且這種下降只會(huì)影響那些對(duì)GPU吞吐量特別敏感的應(yīng)用，而不會(huì)影響CPU性能或內(nèi)存速度等其他因素。

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

（來(lái)源：編譯自macworld）

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