2022 年 6 月，蘋果發布了采用新處理器“Apple M2”的“MacBook Pro”和“MacBook Air”。第一個發布的是 MacBook Pro 13 英寸版本。

　　圖1為MacBook Pro 13英寸版的包裝盒、上下部件外觀、拆下下蓋的外觀。無論是“iPhone”、“iPad”還是“MacBook”，蘋果產品無論是“iPhone”、“iPad”還是“MacBook”，無論是外形還是結構，都與過去的產品幾乎相同。

　　圖 1 2022 年 6 月發布的“MacBook Pro”外觀 來源：Techanarie Report

　　新款 2022 款 MacBook Pro 的結構與之前相同，只需卸下大約 10 顆螺絲即可輕松卸下底蓋。(1)圖1右上角是3CELL電池，(2)是立體聲喇叭，(3)是熱管和風冷風扇，(4)是主處理器板，處理器板下方是鍵盤，(5))表示Wi-Fi天線，(6)表示具有TAPTIC功能的觸摸板。電池幾乎占了一半，最大板尺寸為202mm x 83mm。

　　表 1對比了 2020 年 11 月發布的 MacBook Pro，首次配備了“Apple M1”，以及 2022 年 6 月發布的 MacBook Pro，首次配備了 M2。

　　表 1 2022 年 6 月發布的“MacBook Pro”外觀 來源：Tekanariye 報告

　　拆下底蓋，對比一下板子的正反面，你會發現它們幾乎是一樣的。每一個的內部排列、大小和形狀幾乎相同，布線路線也相同。類似地，基板具有幾乎相同的尺寸、形狀和芯片布局。大街上都說“處理器剛從M1換成M2”，其實也確實如此。您不能僅通過卸下底蓋來判斷。

　　但是，如果仔細看，電容的位置和數量是不同的，所以很明顯這兩個板是不同的。兩者價格都在 20 萬日元以下，但 2022 年款比 2020 年款高出 20% 左右。有處理器成本增加(同時功能增加)和內存性能提高等成本增加因素，但很可能也包括由于世界形勢的變化而導致的成本增加。

　　圖 2顯示了如何拆卸基板。許多電線從電路板進出到觸摸板、鍵盤、顯示器、揚聲器、電池、外部端子等。卸下它們并擰下將它們連接到框架的螺釘，您就可以取出電路板。

　　圖 2.“M2”處理器的 MacBook Pro 拆解板 來源：Tekanariye 報告

　　在基板上添加加強金屬、散熱用熱管(散熱器)、散熱片、金屬框架等。散熱器采用覆蓋整個處理器部分的結構，并通過熱管與風冷風扇連接以釋放熱量。風冷風扇體積小，直徑46mm。它有許多葉片，而且很薄，因此可以非常順利地排出熱量。

　　移除熱管后，與 DRAM 集成的封裝中的 M2 處理器幾乎出現在電路板的中央。處理器右側和頂部有一塊黑色散熱片。此外，NAND閃存安裝在處理器的左上方。圖 2 的左下方顯示了移除散熱片的電路板。散熱片一共三塊，其中兩塊配有電源IC，優化處理器的供電。散熱片的第三部分(板子右側)是一個接口IC。

　　M1/M2 的處理器和外圍芯片對比

　　表 2顯示了 2020 M1 MacBook Pro 和 2022 M2 MacBook Pro 的處理器和外圍芯片的比較結果。

　　表 2 MacBook Pro with M1 和 MacBook Pro with M2 主要芯片對比

　　來源：Techanarie Report

　　處理器類型名稱已從“APL1102”更改為“APL1109”并且有所不同。與處理器結合的兩顆電源IC也有不同的型號名稱(拆開芯片后對比過內部)。

　　最大的區別是與處理器配對的 DRAM。M1采用LPDDR4X，M2采用高速LPDDR5。表 2 中未列出的其他一些芯片也已被替換。閃存仍然是日本鎧俠公司制造，但容量有所增加，是一個單獨的芯片。部分接口芯片和功率半導體也已更換。板子的外觀和尺寸，板上的芯片排列等幾乎一樣，但是處理器和外圍芯片都是100%更換的。

　　另一方面，觸摸板、音頻編解碼器、NFC(近場通信)控制器、運動傳感器、電池充電器IC等在2020和2022版本中完全相同。由于端子位置和尺寸相同，看來只更換 2020 款 MacBook Pro 主板和 2022 款 MacBook Pro 主板就可以升級到 M2 版本。

　　比較 M1 和 M2

　　圖3是處理器M1和M2的比較。我們已經完成了M2的芯片開孔，但是硅片開孔照片省略了。

　　圖 3 M1 與 M2 對比 來源：Tekanariye Report

　　M1 基于臺積電的第一代 5nm 工藝制做，而 M2 則基于改進的第二代 5nm 工藝制造。安裝的晶體管數量也增加了 25%，從 160 億增加到 200 億。至于實際的硅尺寸，如圖 3 所示，M2 比 M1 大了一個尺寸。兩個CPU核心都是8個核心(4個高速核心+4個高效核心)。

　　M2 相比 M1 增加了 2 個 GPU 核心，并且有 10 個(10 個核心)。此外，Neural Engine 的性能也從 11TOPS 提升到了 15.8TOPS。內存接口在很多方面都進行了放大，比如從LPDDR4X加速到LPDDR5，讓它成為了名副其實的M2處理器。未來，將在此M2的基礎上實現進一步演進。

　　英特爾的Thunderbolt芯片終于消失

　　圖 4顯示了安裝在 M2 MacBook Pro 的顯示控制板上的顯示時序控制器 TCON。

　　注： M2 MacBook Pro 上的 TCON(顯示時序控制器)。使用與 24 英寸 iMac 相同的 TCON 來源：Techanarie 報告

　　所有大型顯示設備肯定會使用 TCON(智能手機和智能手表除外)。

　　Apple 的許多產品都使用 Parade Technologies(以下簡稱 Parade)的 TCON(iPad 也是如此)。

　　2021 年發布的“24 英寸 iMac”和 2022 年發布的 MacBook Pro 的 TCON 使用的是 Parade 的“DP855A”。雖然顯示器大小不同，但使用的是同一個TCON，很明顯蘋果產品的零件是通用的。順便說一句，2011 年發布的 MacBook 的 TCON 是 Parade 的“DP615”。近 10 年來，Parade 芯片一直在被蘋果使用。此外，雖然圖 4 中未顯示，但 2011 年發布的 MacBook 觸摸板 IC 是 Broadcom 的“BCM5976”。同樣的 BCM5976 也用于 2022 款 MacBook。還有其他用了10 年的供應商。

　　表 3是過去 11 年 MacBook 型號的處理器和 Thunderbolt 接口芯片的相當簡短的列表(盡管我們幾乎每年都有該型號的數據)。

　　MacBook 外觀及主要處理器和 Thunderbolt 接口芯片列表 來源：Techanarie 報告

　　Thunderbolt 芯片是從 2011 型號安裝的。從那以后，所有的 Mac 產品都使用了英特爾的 Thunderbolt 芯片。直到 2020 年 5 月發布的 MacBook Pro，該處理器也還是由英特爾制造的。

　　自 2020 年 11 月發布的 MacBook 采用 Apple M1 以來，英特爾處理器就已停止使用，但許多蘋果產品繼續使用英特爾的 Thunderbolt 芯片(2022 年 3 月發布的“Mac Studio”也是英特爾制造的)。

　　不過，在 2022 年 6 月發布的 MacBook Pro 中，已經換成了非 Intel 的接口芯片。英特爾終于隨著 M2 版 MacBook Pro 消失了。

　　M2”處理器看起來一樣，但內部卻“不同”

　　圖 5顯示了 MacBook Pro 主板和主處理器 M2。

　　圖5：2022年6月發布的MacBook Pro主板和M2處理器 來源：Tekanariye Report

　　M2處理器將DRAM整合到一個單獨的封裝中，并進行了模塊化，使其成為繼“A12X”、“A12Z”和“M1”之后的第四款具有類似結構的蘋果芯片。右側有兩個DRAM，左側處理器側覆蓋有金屬LID用于散熱。金屬 LID 用粘合劑固定在處理器和封裝上，需要一些專業知識才能將其取下。電源IC安裝在板上處理器的上方和右側，進行電源關閉和電壓波動等處理。處理器和電源 IC 是芯片組的支柱，因此它們在任何非 Apple 系統中都非常靠近。

　　圖 6顯示了從板上拆下的 M2 處理器封裝的背面。與板子相連的端子(信號和電源)排列密集。終端數量超過2500個。

　　圖6 M2封裝背面 來源：Techanarie Report

　　近年來，處理器和內存的并行化程度提高，由于電壓降低，電源必須加強，因此需要大量的 GND 引腳。因此，許多封裝有超過 2000 個引腳。有些封裝有超過 7000 個引腳。

　　M2有超過2500個球，球尺寸為0.28mm，間距為0.5mm。球形排列有四個孔，在這些部分中嵌入了帶有左下角端子的硅電容器。雖然有嵌入陶瓷電容器的案例(例如高通和聯發科)，但許多蘋果處理器都嵌入了硅電容器。這四個電容器直接位于處理器的 DDR 接口上方，用于提高 DRAM 和處理器之間的效率。

　　圖 7顯示了 M2 封裝中所有的芯片。圖 6所示的另外兩種類型的硅電容器也包含在內。右邊的 DRAM 堆疊了 4 片或 8 片(用戶可以根據產品規格選擇 8GB 到 24GB 的 DRAM 容量)，即使是最小的配置也有 8 片 DRAM 硅片。由于總共有 1 個處理器、8 個 DRAM 硅和 11 個硅電容器，因此 M2 封裝中總共有 20 個die。

　　圖7 M2芯片剖開 來源：Tekanariye Report

　　順便說一句，目前在一個封裝中擁有最多硅的是蘋果 2022 年 3 月發布的“Mac Studio”中安裝的“M1 Ultra”。一個封裝內嵌入了多達 135 塊硅片!!

　　隨著半導體小型化的推進，管腳的數量趨于增加(并行化和電源增強)。因此，2D(尺寸)、2.5D、3D等封裝技術的演進是必不可少的，但如何在功能性硅層壓的同時加入部件(電容器等)以保證特性和質量?

　　未來，將制造諸如在硅中介層(用于布線的硅)中嵌入電容器等器件。甚至對 M1 Ultra 和最新的 AMD 2.5D“Ryzen 7 5800X3D”的橫截面分析也表明，它不僅僅是功能上的進化。為實現功能與特性并重，未來“多晶硅封裝”將繼續推進。

　　圖 8是 2020 年以后蘋果產品(MacBook Pro、iPad Pro、iMac 24 英寸等)使用的 M1 和 M2 芯片開口(剝線層)的照片對比。實際上，所有功能在照片中都清晰可見。

　　圖 8 比較 M1 和 M2 硅 來源：Tecanariye 報告

　　Apple 借助內部 IP 向前邁進

　　蘋果已經披露了 M1 和 M2 的制造工藝和晶體管數量。M1有160億個晶體管，M2有200億個晶體管，電路規模增長25%。實際硅面積增長率為23.8%，略低于電路規模。集成密度增加約1%。GPU從8核增加到10核，增加了被蘋果新命名為“媒體引擎”的8K處理功能，運算單元數量增加。

　　算術單元由標準單元和最小單元 SRAM 組合而成，因此即使在硅中也具有最高的集成密度。在從M1到M2的演進中，運算單元中核心數量的增加和功能的增加占了大部分，因此整個硅片的集成密度趨于增加。M1 Pro和M1 Max也有更多的運算單元(GPU等核心數量)，所以集成密度略高于M1。與M1相比，M2在電路規模和集成密度上都得到了升級，當然也在升級。

　　表 4顯示了 2020 年發布的“iPhone 12”中使用的“A14”、2020 年發布的 MacBook 中開始采用的 M1、2021 年發布的“iPhone 13”中的“A15”以及 2022 年的 M2。是拆開所有芯片封裝，剝去布線層，擴大高性能CPU的一個核心的照片對比。

　　表4：蘋果處理器 A14/M1/A15/M2 對比 來源：Techanarie 報告

　　CPU內部圖中可以看到的網狀部分是SRAM。黑色區域是排列邏輯單元的位置。SRAM由指令和數據組成。邏輯部分是純黑色的，但由于排列著數百萬個邏輯單元，在照片的分辨率下看起來只是黑色。

　　A14 和 M1 具有相同的 CPU(形狀和大小)，A15 和 M2 具有相同的 CPU。A14使用2個CPU，M1使用4個CPU，A15使用2個CPU，M2使用4個CPU。這張照片清楚地表明，Apple 正在理想地開發一個生態系統(內部 IP)，該生態系統使用在同一家公司內花費時間和精力設計的資產。筆者也曾在一家半導體廠商開發過CPU等多個IP，但即使在同一家公司內，也有很多不同部門分開開發的經驗，內部IP的徹底轉換也在進行中。由此可見，蘋果高度統一。

　　Apple 產品內部生產芯片的歷史

　　表 5簡要總結了 Apple 產品的“內部生產歷史”。雖然沒有在表中顯示，但蘋果也在內部生產用于耳機和智能手表的 Wi-Fi 芯片、藍牙音頻芯片、UWB(超寬帶)通信芯片等。

　　表 5. Apple 產品內部生產芯片的歷史 來源：Techanarie 報告

　　2010 年，“iPhone 4”的“A4”處理器是內部制造的，2020 年，Mac 的 M1 也是內部制造的。2022 年，Thunderbolt 也將在內部制造。內部芯片組肯定在進步。

　　作者在日語中將芯片組解釋為“同心圓”。這是因為通過擴大圍繞處理器的圓圈來擴大覆蓋范圍很重要。從處理器、電源 IC 甚至高速接口開始，Apple 無疑正在擴大其同心圓(芯片組)。