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为了强化AI,iPhone拉着三星让内存「独立」

发布时间:2024-12-07 20:42:35

最近,韩媒 The Elec 披露了一个相当引人瞩目的消息:三星正在应苹果的要求,试图将内存独立封装于芯片。

具体来说,苹果计划从 2026 年起,在 iPhone 中放弃当前主流的 PoP(Package on Package)封装方式——将 SoC 与 LPDDR 内存重叠封装在一起,转而将 LPDDR 内存独立封装。按照报道的说法,苹果转变的背后:

核心是为了 Apple Intelligence。

逻辑不难理解,从训练到推理,大模型性能的一大瓶颈就是内存带宽,而当前手机普遍采用的 PoP 封装——将内存直接堆叠在 SoC 上,在带宽上非常受限,还存在积热问题。

 

PoP 封装示意图,图/ Semi Connect

而独立封装的 LPDDR 内存,将在带宽和散热两方面直接改进内存与芯片之间的数据吞吐效率,进而提高 iPhone 的 AI 性能。但苹果的这个计划也不免让很多人产生更大的疑问,毕竟这和 M1 芯片开始采用的「统一内存架构」似乎截然相反。

简单来说,苹果在 Mac 上刚把内存塞进芯片没几年,而在 iPhone 上却要把芯片和内存拆开。

另一方面,手机的 AI 化也已经在 2024 年成为了行业共识,理论上其他手机厂商也要面临 PoP 封装下内存带宽等问题,又是否会推动高通、联发科等上游厂商作出改变?甚至跟随苹果将内存「独立封装」的步伐?

手机 AI 化加速,内存「不够用」了

从 iPhone 到 Pixel,再到荣耀到 OPPO,手机 AI 化的浪潮在 2024 年可以说是愈演愈烈。在用户的层面,AI 在日常使用中的存在感实际上也有了很大的加强,从全新升级 AI 语音助手,到 AI 修图、AI 总结等实用功能。

几乎无一例外,各大厂商都在 AI 领域押下重注,而在令人眼花缭乱的 AI 化升级背后,对手机核心硬件的要求其实也在快速改变。尤其是以大模型技术为基底,AI 对手机的内存提出了史无前例的需求——不仅是容量,更重要的是带宽。

在大模型的本地推理中,内存需要以极快的速度读取、写入和交换数据。理论上,内存带宽越高,AI 任务的响应速度越快;反之,内存带宽不足则会导致处理瓶颈。

 

图/苹果

但在目前,智能手机普遍采用 PoP(Package on Package)封装技术,将内存叠在 SoC 上,再通过引脚实现数据传输。这种设计的初衷很简单:智能手机空间有限,PoP 封装能够极大地节省主板面积,同时也能在 SoC 和内存之间提供短距离的高速互连。

换句话说,它曾是解决手机内部空间紧张问题的「终极方案」。但当初的「香饽饽」,现在看却是有些力不从心了在 AI 化浪潮的推动下,PoP 封装暴露出了两大缺陷:带宽和积热。

先说带宽瓶颈。在 PoP 封装中,尽管 GBA 焊点间距越来越小,引脚数量越来越多,SoC 和内存之间的数据传输仍然受限于物理设计,很难有大幅提升。简言之,PoP 的互连密度有限,在面积几乎不可能增大的情况下,很难满足 AI 大规模计算对带宽越来越高要求。

再说积热问题。PoP 封装将内存直接堆叠在 SoC 之上,让热量集中在芯片顶部,导致热量堆积和性能瓶颈。尤其是在高负载的 AI 任务下,这种结构的散热效率明显不足,容易导致芯片过热,影响性能和稳定性。

在这种背景下,「变」实际上是一种必然。无论是提升带宽还是优化散热,PoP 封装显然难以满足 AI 任务的需求。

但另一个关键问题在于,为什么苹果打算在 A 系列芯片将内存「拆开」独立封装,而不是看齐桌面端的苹果 M 系列芯片和英特尔酷睿 Ultra 200S 系列——把内存整合在芯片之中。

内存「独立」,是 AI 手机更靠谱的解法

当 PoP 封装显现出带宽和散热上的瓶颈时,摆在智能手机面前的选择变得有限:要么像 M 系列芯片一样,将内存直接封装进 SoC,实现统一内存架构(UMA);要么反其道而行,将内存与 SoC 分开独立封装。

现在来看,苹果似乎已经做出选择,甚至开始推动上游一起实现内存的独立封装。这个决定看似与统一内存架构背道而驰,但它并非偶然。独立封装和 UMA 各自的设计逻辑截然不同,而这背后,是两种完全不同的硬件需求。

 

苹果 M1 Max,图/苹果

今天我们都知道,统一内存架构(UMA)这类设计最大的优势在于整合和共享。通过将内存直接封装进 SoC,UMA 可以让 CPU、GPU、NPU 等不同计算单元共用一块内存,避免数据在多个内存模块间频繁复制,从而减少延迟,提升效率。

这种设计在 Mac 和 iPad Pro 这样的生产力设备中被证明非常成功,尤其是在图形处理、大型应用和 AI 训练等高性能任务中,UMA 有着很大的优势。

然而,UMA 这类方案在智能手机上的适用性却受到多方面限制。最典型的就是功耗和散热,将内存集成到 SoC 内后,虽然会带来了更高的带宽和性能,但也增加了整体功耗和热量。

但智能手机电池容量有限,AI 任务如果频繁调用内存,会导致耗电量显著上升,进而影响续航。同时内部空间也极其有限,要在 SoC 里面塞下另一个「发热大户」,很容易影响体验。

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