爲了強化AI,iPhone拉着三星讓內存「獨立」

2024-12-09 18:43:12    編輯: robot
導讀 AI手機爆發,內存技術求變。 真就是分久必合,合久必分? 最近,韓媒 The Elec 披露了一個相當引人矚目的消息:三星正在應蘋果的要求,試圖將內存獨立封裝於芯片。 具體來說,蘋果計劃從 2026...

AI手機爆發,內存技術求變。

真就是分久必合,合久必分?

最近,韓媒 The Elec 披露了一個相當引人矚目的消息:三星正在應蘋果的要求,試圖將內存獨立封裝於芯片。

具體來說,蘋果計劃從 2026 年起,在 iPhone 中放棄當前主流的 PoP(Package on Package)封裝方式——將 SoC 與 LPDDR 內存重疊封裝在一起,轉而將 LPDDR 內存獨立封裝。按照報道的說法,蘋果轉變的背後: 

核心是爲了 Apple Intelligence。

邏輯不難理解,從訓練到推理,大模型性能的一大瓶頸就是內存帶寬,而當前手機普遍採用的 PoP 封裝——將內存直接堆疊在 SoC 上,在帶寬上非常受限,還存在積熱問題。

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PoP 封裝示意圖,圖/ Semi Connect

而獨立封裝的 LPDDR 內存,將在帶寬和散熱兩方面直接改進內存與芯片之間的數據吞吐效率,進而提高 iPhone 的 AI 性能。但蘋果的這個計劃也不免讓很多人產生更大的疑問,畢竟這和 M1 芯片开始採用的「統一內存架構」似乎截然相反。

簡單來說,蘋果在 Mac 上剛把內存塞進芯片沒幾年,而在 iPhone 上卻要把芯片和內存拆开。

另一方面,手機的 AI 化也已經在 2024 年成爲了行業共識,理論上其他手機廠商也要面臨 PoP 封裝下內存帶寬等問題,又是否會推動高通、聯發科等上遊廠商作出改變?甚至跟隨蘋果將內存「獨立封裝」的步伐?

手機 AI 化加速,內存「不夠用」了

從 iPhone 到 Pixel,再到榮耀到 OPPO,手機 AI 化的浪潮在 2024 年可以說是愈演愈烈。在用戶的層面,AI 在日常使用中的存在感實際上也有了很大的加強,從全新升級 AI 語音助手,到 AI 修圖、AI 總結等實用功能。

幾乎無一例外,各大廠商都在 AI 領域押下重注,而在令人眼花繚亂的 AI 化升級背後,對手機核心硬件的要求其實也在快速改變。尤其是以大模型技術爲基底,AI 對手機的內存提出了史無前例的需求——不僅是容量,更重要的是帶寬。

在大模型的本地推理中,內存需要以極快的速度讀取、寫入和交換數據。理論上,內存帶寬越高,AI 任務的響應速度越快;反之,內存帶寬不足則會導致處理瓶頸。

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圖/蘋果

但在目前,智能手機普遍採用 PoP(Package on Package)封裝技術,將內存疊在 SoC 上,再通過引腳實現數據傳輸。這種設計的初衷很簡單:智能手機空間有限,PoP 封裝能夠極大地節省主板面積,同時也能在 SoC 和內存之間提供短距離的高速互連。

換句話說,它曾是解決手機內部空間緊張問題的「終極方案」。但當初的「香餑餑」,現在看卻是有些力不從心了在 AI 化浪潮的推動下,PoP 封裝暴露出了兩大缺陷:帶寬和積熱。

先說帶寬瓶頸。在 PoP 封裝中,盡管 GBA 焊點間距越來越小,引腳數量越來越多,SoC 和內存之間的數據傳輸仍然受限於物理設計,很難有大幅提升。簡言之,PoP 的互連密度有限,在面積幾乎不可能增大的情況下,很難滿足 AI 大規模計算對帶寬越來越高要求。

再說積熱問題。PoP 封裝將內存直接堆疊在 SoC 之上,讓熱量集中在芯片頂部,導致熱量堆積和性能瓶頸。尤其是在高負載的 AI 任務下,這種結構的散熱效率明顯不足,容易導致芯片過熱,影響性能和穩定性。

在這種背景下,「變」實際上是一種必然。無論是提升帶寬還是優化散熱,PoP 封裝顯然難以滿足 AI 任務的需求。

但另一個關鍵問題在於,爲什么蘋果打算在 A 系列芯片將內存「拆开」獨立封裝,而不是看齊桌面端的蘋果 M 系列芯片和英特爾酷睿 Ultra 200S 系列——把內存整合在芯片之中。

內存「獨立」,是 AI 手機更靠譜的解法

當 PoP 封裝顯現出帶寬和散熱上的瓶頸時,擺在智能手機面前的選擇變得有限:要么像 M 系列芯片一樣,將內存直接封裝進 SoC,實現統一內存架構(UMA);要么反其道而行,將內存與 SoC 分开獨立封裝。

現在來看,蘋果似乎已經做出選擇,甚至开始推動上遊一起實現內存的獨立封裝。這個決定看似與統一內存架構背道而馳,但它並非偶然。獨立封裝和 UMA 各自的設計邏輯截然不同,而這背後,是兩種完全不同的硬件需求。

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蘋果 M1 Max,圖/蘋果

今天我們都知道,統一內存架構(UMA)這類設計最大的優勢在於整合和共享。通過將內存直接封裝進 SoC,UMA 可以讓 CPU、GPU、NPU 等不同計算單元共用一塊內存,避免數據在多個內存模塊間頻繁復制,從而減少延遲,提升效率。

這種設計在 Mac 和 iPad Pro 這樣的生產力設備中被證明非常成功,尤其是在圖形處理、大型應用和 AI 訓練等高性能任務中,UMA 有着很大的優勢。

然而,UMA 這類方案在智能手機上的適用性卻受到多方面限制。最典型的就是功耗和散熱,將內存集成到 SoC 內後,雖然會帶來了更高的帶寬和性能,但也增加了整體功耗和熱量。

但智能手機電池容量有限,AI 任務如果頻繁調用內存,會導致耗電量顯著上升,進而影響續航。同時內部空間也極其有限,要在 SoC 裏面塞下另一個「發熱大戶」,很容易影響體驗。

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iPhone 16 Pro,圖/蘋果

此外,SoC 的尺寸面積也是問題,UMA 這類封裝方案雖然整合度高,但卻會導致芯片面積和厚度增加,削弱機身設計的靈活性。再加上相應的封裝工藝復雜且昂貴,會顯著提高生產成本,並最終體現在產品定價上。

相比之下,內存獨立封裝的設計可能更符合智能手機的實際需求,不只是獨立封裝允許採用更新的內存技術(如 LPDDR6),通過寬總线設計實現更高的帶寬,還能避免了 PoP 封裝互連密度帶來的帶寬限制。

而對於生成式 AI 來說,帶寬的提升直接轉化爲計算速度的提高。除此之外,散熱的優化、設計的靈活性等也都是獨立封裝內存的優勢所在。

當然,獨立封裝並非完美無瑕。它依然需要解決機身空間佔用、信號延遲等問題。但在當前技術條件下,它無疑是一種更加實際、可行的方向。至於這種方向是否會成爲 AI 手機的共同解法?可能還要再等等看。

AI手機浪潮爆發,內存技術必須要變了

如果按照規劃,蘋果應該會在 2026 年推出搭載 A20 芯片的 iPhone 18 系列,將會首發採用全新的「獨立封裝內存」。理論上,iPhone 18 系列至少在內存帶寬上會面臨更少的瓶頸。

那安卓陣營呢?與 iPhone 一樣,安卓手機在 AI 時代也是要面對內存帶寬(不是容量)的瓶頸問題,除非大模型在運行機制上發生大的變化,否則還是要嚴重依賴芯片與內存之間的大規模數據傳輸。

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圖/雷科技

換言之,安卓陣營同樣需要「變」。但怎么「變」卻是一個有待回答的問題,一種可能是跟隨蘋果的腳步,改 PoP 封裝爲獨立封裝內存,另一種可能繼續在堆疊設計上,採用更先進的信號互連技術或者工藝優化,來緩解帶寬不足的問題。

但具體如何選擇,還是看安卓手機廠商以及高通、聯發科等芯片廠商之間的碰撞,能否找到更適合安卓陣營的「解法」。

不過至少我們可以確定,智能手機的 AI 化趨勢正在改變很多東西。不只是軟件,還有內存的封裝方案,甚至從芯片設計,到 ID 設計,或許我們都會在接下來幾年看到全新的變化。

 來源:雷科技

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