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从一个专利，看苹果芯片的未来

硬科技评论 · 公众号 · · 2021-01-28 11:14

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来源： tomshardware

Apple已为其混合内存子系统申请了专利，该子系统至少包括两种类型的内存：高带宽低密度类型的DRAM和低带宽高密度类型的DRAM。该专利可能提供了苹果如何看待其片上系统未来的一瞥。自然，这项新专利将引发人们的猜测，即我们可以看到新版Apple M1芯片随附了新的内存设计，但是这种实现方式可以用于几种不同类型的芯片中。

专利并不总是在市场上体现为产品，但是鉴于我们从专利律师Kerry Creeron那里获得的反馈，看来苹果已经花了很大的力气和财力在众多司法管辖区申请了这项新技术的专利。那就暗示它可以在全球范围内的Apple产品中使用。

新的系统架构需要新的内存架构

苹果从英特尔的CPU和AMD的独立GPU转向其M1 SoC的意义重大，不仅因为该公司正在从x86 CPU过渡到Arm，而且已经从Radeon CPU过渡到PowerVR派生的架构，同时，它极大地改变了其PC的系统架构。

CPU和独立GPU具有自己的内存子系统，而SoC通常依赖于统一的内存体系结构。与专用内存子系统相比，UMA具有许多优点，但是它也有一个重要缺点：在UMA系统中，CPU和GPU必须共享内存容量和带宽，这在某些情况下可能会影响性能。

HBM2和HBM2E类型的内存提供非常高的带宽，但是这些内存设备成本高昂，消耗很大，并且终端用户无法升级。相反，使用传统或GDDR类型的内存构建具有足够带宽以用于高端GPU的大容量内存子系统并非总是可行或可行的。为了结合两个方面的优势，Apple已为混合型内存子系统申请了专利，该子系统结合了类似HBM和DDR的DRAM类型。

Apple的标题为“具有高密度，低带宽和低密度，高带宽存储器的组合的内存系统”的专利描述了使用高带宽高速缓存DRAM以及高容量主DRAM的各种SoC。该专利严格涵盖了片上系统而不是PC，因此所有DRAM都应焊接到基板或主板上，就像Apple在其M1 SoC上使用的LPDDR4X芯片一样。该专利中描述的架构表明，Apple并未设想至少在其某些混合内存子系统中使用标准内存模块。

“在某些范例中，通过形成存储器系统的两种类型的DRAM，其中一种可以针对带宽进行优化，而另一种可以针对容量进行优化，则可以在某些实施例中同时实现带宽增加和容量增加的目标。”由苹果公司读取。“ [混合存储子系统的某些实现可以]实现能源效率的提高，这可以提供一种高效节能的存储解决方案，同时也是高性能和高带宽的。”

由于Apple是一家以笔记本电脑为中心的PC制造商，因此它专注于混合存储子系统所提供的能源效率就不足为奇了。同时，很明显，这个系统其他优势包括更多的性能和容量。

该专利主要涵盖了几种混合存储子系统的各种物理实现，这些子系统包括使用多种技术互连的高速缓存DRAM和主DRAM。例如，一种布局包括穿过一堆主DRAM存储器芯片的硅通孔（TSV），这可以在不占用大量空间的情况下安装相当大量的DRAM容量。同时，该专利没有涵盖操作系统或软件如何利用混合内存子系统。

重要技术

苹果公司与其他高科技公司一样，每年都要申请数百项专利。一些专利申请成为真实的产品，而其他则没有。但是Apple的专利申请US10573368B2于2016年提交，然后该公司在全球许多司法管辖区提交了适当的申请，这意味着该架构有望在全球范围内使用（即，在许多Apple产品中）。

Banner＆Witcoff公司律师Kerry Creeron表示：“这项专利在包括欧洲专利局（EP），美国，中国和日本在内的许多司法管辖区提出。“这种广泛的备案策略是昂贵的，而且通常只有在知识产权保护很重要的情况下才有意义。”

关于专利要注意的另一件有趣的事是发明人之一的名字——Sukalpa Biswa，他是随着PA Semi的收购移至Apple，因此他在CPU设计方面拥有丰富经验。

不是苹果独家

苹果的混合内存子系统看起来确实令人印象深刻，但是这种混合技术不是苹果独有的。

英特尔的现代至强可扩展处理器可以与常规DDR4 SDRAM以及Optane Memory（3D XPoint）模块一起使用，基本上支持混合内存子系统。英特尔下一代代号为Sapphire Rapids的至强可扩展处理器也将支持HBM，因此其混合内存子系统看起来很像苹果公司已申请专利的子系统。

从一个专利，看苹果芯片的未来

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