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苹果M1 Ultra解密:业内首个GPU裸片集成,怎么样完成?
发布日期:2022-11-25 09:50    点击次数:129

苹果M1 Ultra解密:业内首个GPU裸片集成,怎么样完成?

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凭仗这一冲破,苹果终于如愿以偿地在GPU范畴对英伟达造成了寻衅。据苹果所说,M1 Ultra的GPU性能逾越了英伟达的GeForce RTX 3090,后者是如今市面市面上速度最快的GPU。

踏入自研芯片范畴不过几年的苹果,毕竟是怎么样做到业内首个GPU裸片集成的?而这一技能的完成,又将为巨头争霸的GPU市场,带来什么样的变局?

图源:苹果

AMD、英伟达纷纷折戟 GPU裸片集成难在哪?

自MCM(Multi Chip Module,多芯片模组)技能诞生以来,像搭建乐高同样,在繁多芯片中完成差别技能节点、差别功用的裸片的集成堆叠,成了摩尔定律之外,半导体技能倒退的另外一起径,其本质在于将多个裸芯片和另外元器件组装在同一块多层互连基板上。

随着台积电、三星、英特尔的2.5D/3D封装逐渐童稚、商业化,在高端处理惩罚器范畴,单颗芯片中CPU与Memory、GPU与memory的裸片集成,已再也不是稀罕事。然而,两颗GPU裸片的集成,在苹果M1 Ultra宣布从前,只存在于英伟达、AMD、英特尔的PPT中。

2017年,英伟达揭橥论文详细说明白一种名为可组合封装GPU(Composable On-Package Architecture GPU,COPA GPU)的架构,焦点在于将多个GPU模块和内存体系模块集成。同年,AMD对外展现了由四个GPU裸片集成的MCM盘算,宣称其性能将比事先最大的单片GPU的性能高45.5%。

COPA GPU;起原:英伟达

然而,直到其后者英特尔在今年年终提出了一种GPU裸片集成经管规划,英伟达和AMD的多裸片集成GPU仍未问世。固然,AMD、英伟达的Instinct MI200系列和Hopper系列据称均有望在今年年底前疾足先得,但明明,稽迟症让他们在“业内首个”上输给了苹果。

这类“稽迟症”迎面的无奈,是市场和技能两个方面的。厦门云天董事擅长大全教学对笔者默示,夙昔对处理惩罚器的哀告不那末高,一颗GPU裸片就够了,两颗集成的成本太高。这也与此前一些业内见解分歧。有驳倒以至觉得,对GPU需要最大的游戏范畴,这样的盘算并没有价钱。

2020年终,时任AMD Radeon 技能遗址部工程研发低档副总裁的David Wang在担任外媒采访时就默示,多裸片集成的GPU险些不克不迭够出当初2021年宣布的Navi系列产品中,“我们正在研究MCM架构,”他说,“但我们还没有得出结论,这是一种可以或许应用于传统游戏GPU的架构。”

市场未终日色外,技能难点则是GPU裸片集成的最大痛点。据于大全介绍,与CPU+Memory或GPU+Memory的裸片集成比较,GPU+GPU的裸片集成最大的难点在于线路更细更密,就需要更多的接口(I/O),为此,就需要将用于引出裸片旗子灯号的凸点间距放大到50/40um规格下列。

红框标注为凸点;图源:英特尔

其后者苹果弯道超车 台积电无凸点技能帮了大忙?

从如今业内最前沿技能来看,凸点间距放大到20um下列已成为2.5D/3D封装的一大门槛,英特尔、台积电均已将此作为行进先辈封装的研发重点,譬如英特尔的Foveros就将凸点间距放大到10um,而台积电的主见主张更为跳跃,提出了“无凸点”互连编制SoIC,而这大约正是协助苹果弯道超车的利器。

从C4凸点到无凸点;图源:台积电

痛处台积电此前介绍,政策中心SoIC是对前道芯片堆叠技能的统称,首要个性是再也不应用后道集成所用的凸点技能,转而间接将裸片堆叠到一起。这类编制除了没有“凸点间距”这一紧箍咒外,还能大大升高热阻,不过弱点是必须在芯片最起头盘算时就要一起被肯定,技能哀告自然更高。

据于大全介绍,苹果很早就起头与台积电怪异研究无凸点跟尾编制,因而其也推测,正是这类技能,协助苹果M1 Ultra完成了GPU裸片集成。“(裸片与裸片间互联)终究的经管规划就是无凸点,就是凹凸裸片之间铜对铜、介质层对介质层的这类键合。”于大全说。

这类推论是有因由创建的。诚然苹果在通稿中仅吐露应用了在2.5D封装经常使用的硅中介层,但联结苹果平易近间给出的声张视频和动画模型来看,宛若应用了某种小型Si桥,在临蓐中理论上与英特尔的EMIB或AMD的Elevated Fanout Bridge (EFB)类似,两者均无凸点盘算。

除此之外,苹果是否为其GPU裸片集成盘算了新的接口IP也让人浮想。这一点在苹果的音讯通稿中未置一词,但从技能完成下去看,接口IP的首要性险些仅次于微凸点和TSV技能。于大全也默示,接口I/O变多,必必要驳回新的经管规划。这也是英伟达、AMD此前的首要发力点。

AMD于2020年终颁布揭晓,将Infinity Fabric总线互联技能降级至Infinity Architecture,除了支持CPU-CPU集成外,还支持至多8个GPU芯片的跟尾以及CPU-GPU集成。同时默示,其新一代El Capitan超级计算机将搭载Infinity Architecture,Genoa EPYC基于Zen 4架构,1个CPU与4个GPU裸片集成。

英伟达早在2014年即推出了NVLINK,完成了芯片层级的GPU的高速互联,2016年,宣布了搭载NVLINK的第一款产品P100,然后接续举行更新换代,并在NVLINK的根基上推出了NVIDIA NVSwitch,可在单个服务器节点中支持8-16个全互联的GPU,完成更高速度的通信。

需要指出的是,在这一层面上,苹果方面的但愿如今只能搁浅在猜测阶段,但苹果历来不会在技能弗童稚的岁月就推出产品,可以或许试图推测,苹果诚然并未在音讯稿中提到接口IP,但着实不代表其在此方面并没有冲破,更大的可以或许是其对关键技能仍然有所保管。

写在最后

不管怎么样,M1 Ultra的推出,除了再次拔高外界对苹果芯片才能的预期之外,还将GPU才能的扩张真正与行进先辈封装绑定了起来,诚然GPU进入多裸片集成时代是早就被瞻望的,但被产品搭载进入商业化量产是齐全差别的见解,且完成这一目的的是这一市场的新入者苹果,就更为回味无量。

这大约将意味着,在GPU范畴,行进先辈封装有望成为X要素,攻破今后英特尔、AMD、英特尔三强争霸的花色,而独霸最高端行进先辈封装技能的台积电亦或是英特尔,将拥有更大的话语权。(校正/隐德莱希)



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