Was M5 Pro und M5 Max durch gestapelte Chips gewinnen

Apple setzt bei M5 Pro und M5 Max auf vertikal gestapelte Chips und nutzt dabei erneut die UltraFusion-Architektur. So sollen die neuen Mac-Prozessoren mehr Leistung bei besserer Effizienz erreichen.

UltraFusion aus der Ultra-Reihe übernommen

M5 Pro und M5 Max gehören zu Apples leistungsstarken Chips für aktuelle Macs, doch das Leistungsniveau verlangte neue Ansätze beim Chipdesign. Für die neuen Modelle greift Apple auf Ideen zurück, die bereits in der Ultra-Reihe zum Einsatz kamen.

Im Interview mit Heise Online, das von WCCFTech aufgegriffen wurde, erklärt Anand Shimpi aus Apples Bereich Hardware-Technologien, dass die UltraFusion-Architektur von M2 Ultra und M3 Ultra auch für M5 Pro und M5 Max eine zentrale Rolle spielt. UltraFusion bezeichnet dabei die Verbindung zweier Max-Chips zu einem größeren Ultra-Chip über einen speziellen Interconnect.

Diese Verbindung ermöglicht beiden Chip-Dies eine besonders schnelle Kommunikation, sodass sie praktisch wie ein einzelner Chip mit doppelter Kernanzahl arbeiten. Genau diesen Ansatz überträgt Apple nun auf eine neue Aufbauform innerhalb von M5 Pro und M5 Max.

Vertikal gestapelte Dies statt zwei identischer Chips

In den neuen Prozessoren nutzt Apple das UltraFusion-Prinzip, um sogenannte gestapelte Dies zu bauen. Mehrere Dies beziehungsweise Chipteile werden vertikal übereinander platziert, wodurch die Grundfläche sinkt und die Verbindung zwischen den Teilen sehr kurze Wege hat.

Shimpi betont im Gespräch, dass Apple im Kern dasselbe Verbindungsverfahren wie bei der Ultra-Kombination verwendet, aber in einer anderen Anordnung. Statt zwei identische Dies zu einem größeren Chip zusammenzufügen, kombiniert Apple kleinere, unterschiedliche Dies zu einem vollständigen Prozessor.

Laut Shimpi hat Apple „eine Reihe von Funktionen auf zwei verschiedene Dies aufgeteilt“. Die Bausteine seien also keine Spiegelbilder und für sich genommen keine vollständigen Chips. Sie werden erst durch das Stapeln und die interne Verbindung zu einem kompletten M5 Pro oder M5 Max.

Kontrollierte Wärmeentwicklung und flexiblere Varianten

Das Konzept der Stapelung ist auch aus dem sogenannten 3D-Packaging bekannt, bei dem CPU, GPU und weitere Komponenten wie ein Sandwich übereinander angeordnet werden. Der Nachteil dieser Methode liegt jedoch in der Wärmeentwicklung, da viele hitzeproduzierende Bereiche dicht beieinander liegen und sich gegenseitig aufheizen.

Apple umgeht dieses Problem, indem die einzelnen Chip-Bausteine gezielt angeordnet werden. Da es sich nicht um identische Chiplets handelt, müssen hitzeintensive Bereiche nicht zwangsläufig direkt übereinander liegen. So behält Apple mehr Kontrolle darüber, welche Komponenten gestapelt werden und wie die Wärme im Chip verteilt ist.

Erste Ergebnisse zeigen sich bereits: In Stresstests soll der M5 Max unter Last eine niedrigere Temperatur erreichen als der M4 Max. Neben dem Temperaturverhalten bringt das modulare Design für Apple einen weiteren Vorteil.

Das Unternehmen kann verschiedene Chiplets miteinander kombinieren und einzelne Bausteine austauschen. So lassen sich zum Beispiel CPU-bezogene Bereiche über mehrere M5-Max-Varianten hinweg beibehalten, während für unterschiedliche Modelle jeweils andere GPU-Chiplets mit abweichender Kernanzahl eingesetzt werden.

Auf diese Weise kann Apple mehrere Chipvarianten anbieten, ohne für jede Ausführung einen komplett eigenen Chip auf einem einzelnen Wafer entwickeln zu müssen. Das reduziert Aufwand und Materialeinsatz im Vergleich zu separaten Designs und erleichtert die Anpassung an unterschiedliche Leistungsstufen.

Via: https://appleinsider.com

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