Apple-Prozessor M1 Ultra: Multi-Chip-Verbund mit neuer TSMC-Fertigungstechnik

Moderne Halbleiter vom Chipauftragsfertiger TSMC: Apples M1 Ultra besteht aus zwei Chips, die ohne teuren Silizium-Interposer auskommen.

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Stilisierte Darstellung der "Ultra Fusion"-Verbindung zwischen den zwei Chips beim M1 Ultra.

(Bild: Apple)

Von
  • Mark Mantel

Apples bislang schnellstes System-on-Chip (SoC) M1 Ultra kommt ohne einen teuren Silizium-Interposer aus. Der Prozessor besteht zwar aus zwei einzelnen Chips mit zusammen 20 CPU- und 64 GPU-Kernen, die mit einer hohen Übertragungsrate von 2,5 Terabyte pro Sekunde miteinander kommunizieren, allerdings reicht dafür eine günstigere Technik des verantwortlichen Chipauftagsfertigers TSMC.

Auf dem Technikkongress "International Symposium on 3D IC and Heterogeneous Integration" erklärte TSMC-Ingenieur Douglas Yu, dass der M1 Ultra die neue Bauweise Integrated Fan-Out Local Interconnect (InFO_LI) verwendet. Apple vermarktet sie als Ultra Fusion.

InFO_LI verzichtet auf einen großen Silizium-Interposer, auf dem die zu verbindenden Chips sitzen. Stattdessen ist im Chipträger ein kleineres Silizium-Bauelement eingelassen, über das die komplette Kommunikation zwischen den zwei Dies läuft. Bildlich gesprochen stellt InFO_LI eine kleine Siliziumbrücke anstelle eines kompletten Siliziumfundaments dar. Apple ist der erste bekannte Kunde für TSMCs InFO_LI-Bauweise.

Apples M1 Ultra nutzt zum Verbinden von zwei Chips die Bauweise InFO_LI (unten rechts im Bild). Der violette Teil in der Mitte soll die Siliziumbrücke darstellen.

(Bild: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Interposer sind bislang die gängigste Methode, um mehrere Chips miteinander zu verbinden, da sie vergleichsweise simpel ist. AMD und Nvidia etwa lassen so ihre GPU-Beschleuniger mit angekoppeltem HBM-Stapelspeicher fertigen. Aufgrund der benötigten Fläche sind Interposer meistens aber teuer in der Herstellung und eher eine Brechstangenmethode beim Packaging.

Bei InFO_LI hat sich TSMC von Intels Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) inspirieren lassen, die grundlegend ähnlich funktioniert und schon seit Jahren in der Serienproduktion zum Einsatz kommt. Bei der Prozessorbaureihe Kaby Lake-G, angeführt vom Core i7-8809G, etwa kaufte Intel bei AMD einen Radeon-Grafikchip zu und koppelte einen HBM2-Stack mittels EMIB an die GPU.

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(mma)