Apple Mini M1 SoC拆解

经过多年的猜测和数月的预期，苹果推出了首款采用自己的内部芯片设计M1 SoC的台式机和笔记本电脑。苹果和预期不需要解释。嗡嗡声是他们的事。

多年来的猜测是这种新设计将采用什么形状。长期以来，权威人士认为，使用ARM内核的设计将使Apple或多或少地将A系列设计从移动设备转移到（至少是低端）Mac。随着最新的Cupertino芯片的发布和受支持计算机的阵容，Apple向我们保证M1将是新设计。

就像这场比赛中从上海到芝加哥再到Shlisselburg的每个人一样，一项新产品，尤其是Apple的产品，可能只意味着一件事-TEARDOWN。但是我怀疑在系统级别上有什么新奇的东西要看。我们需要知道的是M1本身。

Mac Mini内部介绍
如果苹果宣布推出的三款产品中有任何香草，那就是Mac Mini。Macbook Air无风扇，但Mini只是带有强制风冷的盒子。尽可能以最便宜的方式获得M1是一个目标。有一个更大的，但后来出现了。

Mac Mini内部介绍
如果苹果宣布推出的三款产品中有任何香草，那就是Mac Mini。Macbook Air无风扇，但Mini只是带有强制风冷的盒子。尽可能以最便宜的方式获得M1是一个目标。有一个更大的，但后来出现了。

购买产品后，拆卸的下一个阶段是拆箱。抱歉，但我没有拍摄视频。很多“技术”方面的内容通常都是令人作呕的细节。如果您喜欢它，那很好，但这不是我的事。不过，我将对包装提出一点意见。苹果的Origamists在用于将电源线容纳在设备下方的纸卡方面做得很好。那是苹果。

取出
逻辑板从Mac Mini取出逻辑板几乎没有什么挑战。手机总是更有趣–加热，锋利的工具，胶水，烟雾，有时还包括软锂电池组中的烟火。Mac Mini完全没有受伤或财产损失的风险。组件设计精美，以非常简单的方式分开。也就是说，如果您有正确的螺丝刀。这样的事情经常发生，我却没有。实话实说，渥太华这里没有一家普通的零售商。打开包装盒所需的“防篡改”驱动器称为Torx T6H。“ H”使我震惊。这种类型的中心凹陷，可以将小支柱容纳在组合螺钉的中心。我不知道这是否是有意做的，但是很多常用的精密驱动程序套件都包含T7H及更高版本。我能听到苹果公司的设计师们的声音。“非常接近，不是吗？”

幸运的是，我在MuAnalysis的好朋友的支持下对M1进行了分析。Tricky搁置一旁（感谢Mohamed），在铣床上呆了几分钟，瞧！常规的T6驱动程序被快速转换。我猜司机本身并不是防篡改的。

回到M1。卸下螺钉后，逻辑板便从盒中滑出。四个螺钉将散热器固定在M1和电源管理IC（PMIC）上方的适当位置。处理器和PMIC都使用翅片散热器，而翅片散热器又由内部风扇冷却。从苹果公司的市场资料中可以看到，M1处理器位于封装基板（球栅阵列– BGA）上。这两个DRAM封装无法从散热器中受益。

关于苹果的营销材料，包装图像的几个特征是准确的。在BGA基板上，与M1处理器相邻放置的是两个并排的LPDDR4 DRAM芯片（DRAM并排放置在处理器硅片的旁边）。实际上，该图像精确地复制了封装上表面安装无源元件的数量，位置和比例。

苹果公司的营销人员还在M1芯片所在的位置贴上了模具图像。出于多种原因，这显然是不准确的，但这只是温和的艺术许可。

首先，将器件倒装芯片连接到BGA。这意味着电路侧朝下。查看最终组装的包装将为您提供硅的背面视图。这要么是表面光滑的无光泽抛光板，要么是在某些情况下用零件编号信息进行激光蚀刻。

其次，Apple M1有一个有趣的集成散热片覆盖模具。这种薄金属（可能是铝）仅覆盖BGA基板包含M1硅的一侧。通常，这些散热器覆盖整个顶部封装表面。

即使在这种微妙之处，苹果公司也找到了一种“思考不同”的方法。这种带有处理器和DRAM的2D排列的系统级封装（SiP）并不常见。苹果使它变得独一无二。

通用内存体系
结构对于那些对8G和16G RAM版本的计算机感到疑惑的人，它还提供了有关设备布置的快速注释。M1拆卸的原始互联网帖子来自16G计算机，其中显示了一对DRAM封装。在8G计算机中只有一半的数量，有人怀疑是否只有一个DRAM封装。对于8G系统，仍然有两个，但是每个封装都包含16G组件密度的一半。对于8G型号，每个封装中一半的裸片封装只是一个问题。我的Mac Mini包含Hynix LPDDR4芯片。我在博客或Twitter上看到的其他图像也是Hynix设备。

自然，Apple需要通过使用两个组件来维持高速RAM芯片的对称性和信号路径，而与系统内存大小无关。没有考虑为一个计算机平台创建两个包装设计的想法。尽管我对M1封装设计的唯一目标似乎是增加字数，但这是一个重要方面。

这很可能是M1设计中最重要的细节。苹果在发布会上强调了新的“通用内存架构”或UMA 。UMA是效率的模型。它允许所有处理核心（包括CPU和GPU）共享一个大型内存池。保持DRAM物理上紧密并在CPU和GPU内核之间共享，使SoC设计可以减少片上SRAM缓存并减少芯片占用空间。

这并不是说接近是一个里程碑。移动处理器使DRAM距离更近。无论是Qualcomm Snapdragon处理器还是Apple自己的A系列芯片之一，LPDDR4内存组件都以3D封装概念堆叠在其上，该概念称为“层叠封装（PoP）”。

看起来M1的内存位置已退后一步，但笔记本电脑和台式计算机系统需要隔壁的位置（与PoP的第二层的公寓相对）。手机和平板电脑处理器设计为在较低温度下运行，并具有PoP的额外热阻，从而减少了热量从芯片中传递出去。在处理器将产生更多热量的地方，非移动计算平台需要具有更高的性能。M1芯片需要具有可与散热器接触的较大表面。（有关散热设计功率的更多信息，请考虑与功能更强大的之间的性能差异，添加了用于散热的风扇。）

到目前为止，M1包装检查还很肤浅。尽管配置令人着迷，但BGA基板本身似乎是通用的。但是苹果的移动处理器封装和板级集成一直在推动着界限。我希望引擎盖下隐藏着一些非常诱人的功能，也许是彻头彻尾的创新。耐心将得到回报。

M1内部

M1功能，许多但不是全部代表SoC上的物理块

花了一段时间，但我设法回到了新的Apple芯片上。M1的大部分预期都集中在SoC本身以及设计团队可能会想到的内容上。苹果提供了许多线索。功能框图包括操作细节，其中许多可以归因于SoC中的物理IP：

高性能CPU内核
高效能CPU核心
永远在线的处理器
显卡
高带宽SRAM缓存
神经引擎
机器学习加速器
安全飞地
密码学加速
图像信号处理器
音频处理器
Thunderbolt / USB 4控制器
第4代PCI Express

即使用于描述CPU，GPU和神经引擎的图形建议使用Apple，Apple也无法识别任何这些模块的模具位置。这些插图风格化，很好地表明了它们的不准确性。但是，Apple确实在其物理产品的图形上显示了非常类似于SoC芯片布局的真实光学图像。如上所述，这是不精确的表示，因为这对于将组件组装到封装基板上不是正确的。但事实证明，这是SoC物理设计的精确版本。

在加拿大渥太华的MuAnalysis公司的协助下，这一点得到了验证。一旦逻辑板被拉出并且集成的散热器被弹出，对于一些背面照片来说，这是一个快速的停止。Martine Simard-Normandin和她的团队使用了红外波长的激光扫描显微镜（LSM），以便通过芯片成像以显示有源管芯表面上的电路图案。硅对IR透明，这使倒装芯片技术成为我业务中人们的一种享受。快速翻看该镜像，表明它是苹果营销发布的版本的死机（虽然显然不是彩色的）。

让我们回顾一下：

拆卸-20分钟（不包括工具制造）
红外背面LSM成像– 15分钟

TTRI（获取真实信息的时间）比您预期的要快得多。这种方法在半个多小时内就获得了详细的模具图像。

M1 SoC暴露

现在，开始真正的分析。可以快速识别八个CPU内核。但是已经有可能将那些人从Apple的照片中剔除掉。尽管精确定位边界需要的分辨率比Apple提供的分辨率更高，但神经引擎也是如此。剩下的一长串要识别的功能块。幸运的是，大流行病留下了大量的空闲时间来专注于这一任务。

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