發(fā)布時(shí)間：2020-02-17 04:46

【摘要】：為了優(yōu)化集成電路芯片的布局封裝,提高芯片性能及可靠性,對(duì)處理器級(jí)別的實(shí)時(shí)片上溫度調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估,給出了一種實(shí)時(shí)計(jì)算芯片單元模塊功耗和溫度的仿真方法.采用高層LISA功耗模型,得到RISC處理器上通用應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)功耗;利用芯片后端設(shè)計(jì)軟件Cadence Encounter對(duì)芯片進(jìn)行布局規(guī)劃設(shè)計(jì),獲得RISC處理器的floorplan信息;將實(shí)時(shí)功耗、floorplan信息及芯片規(guī)格參數(shù)作為輸入信息,利用HotSpot熱量分析工具,實(shí)現(xiàn)對(duì)RISC處理器快速低代價(jià)的熱量分析仿真.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用該方法可以準(zhǔn)確分析芯片的熱分布,獲得反映芯片在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中熱量分布的數(shù)據(jù),為優(yōu)化集成電路芯片的布局封裝、分析芯片性能及可靠性等提供最直接的溫度信息.
【圖文】：

為一個(gè)電路系統(tǒng)．其中熱傳導(dǎo)體可以等價(jià)為一個(gè)熱電阻，流過(guò)該介質(zhì)的熱量類似于通過(guò)該段熱電阻的電流，該介質(zhì)兩端的溫度差近似于該段熱電阻兩端的電壓；熱量傳導(dǎo)系統(tǒng)同時(shí)具有吸收熱量的能力，稱之為熱電容，類似于電路中的電容，熱量吸收過(guò)程類似于電路電容充電儲(chǔ)存電荷的過(guò)程．ＨｏｔＳｐｏｔ熱量計(jì)算模型即建立在這個(gè)等價(jià)關(guān)系之上，它是一種參數(shù)化的，可配置的數(shù)學(xué)模型，能夠得出詳細(xì)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溫度信息．圖１系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的封裝均是層次化的，傳統(tǒng)單芯片的典型封裝結(jié)構(gòu)如圖２所示．集成電路芯片（ＩＣｄｉｅ）放置在由諸如銅、鋁等高傳熱性的材料制作而成的散熱器板（ｈｅａｔｓｐｒｅａｄｅｒ）上．散熱器板放置在由銅或鋁制作而成的熱沉（ｈｅａｔｓｉｎｋ）上，產(chǎn)生的熱量由風(fēng)扇帶走．ＨｏｔＳｐｏｔ即是基于單芯片封裝的典型結(jié)構(gòu)［９］，集成電路芯片產(chǎn)生的熱量主要從硅體傳輸?shù)缴崞蜔岢粒罱K進(jìn)入周邊環(huán)境．圖２傳統(tǒng)倒芯片Ｃ４封裝結(jié)構(gòu)圖芯片及其熱封裝的物理結(jié)構(gòu)的等效電路如圖３所示．等效的ＲＣ電路包括三個(gè)垂直的傳導(dǎo)層，從硅體芯片到散熱片再到熱沉．同時(shí)還存在著從熱沉到周?chē)諝獾拇怪睂?duì)流層．為方便計(jì)算，ＨｏｔＳｐｏｔ將整個(gè)封裝芯片分成不同的功能塊．集成電路芯片層根據(jù)感興趣的微體系結(jié)構(gòu)塊及其ｆｌｏｏｒｐｌａｎ信息分成不同的結(jié)構(gòu)塊．為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖中的集成電路芯片層只分為３個(gè)結(jié)構(gòu)塊，而在實(shí)際情況中，會(huì)被分為１０到２０個(gè)甚至更多的結(jié)構(gòu)塊．散熱器片被分為５個(gè)模塊：一塊正對(duì)于硅體芯片下方的面積（Ｒｓｐ），未被芯片覆蓋的面積被分為四個(gè)梯形

第８期岳丹，等：基于高層ＬＩＳＡ功耗模型的ＲＩＳＣ處理器熱量分析與仿真方法被分為５個(gè)模塊：正對(duì)于散熱器片下方的面積（Ｒｈｓ）和周邊的四個(gè)梯形區(qū)域．最終，從封裝到空氣層的熱量對(duì)流傳輸通過(guò)一個(gè)單一熱電阻（Ｒｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ）得到體現(xiàn)．圖３等效ＲＣ模型架構(gòu)圖３．２ＲＣ電路參數(shù)推算在每個(gè)層次中的結(jié)構(gòu)塊或者網(wǎng)格，都具有垂直方向上的熱電阻，，連接著相鄰的層次；也具有側(cè)向的電阻，連接著同一層次上的相鄰單元．垂直方向上的熱模型描述的是層間的熱量傳遞關(guān)系，熱量從硅體芯片通過(guò)散熱器片、熱沉最終進(jìn)入空氣層．橫向模型主要描述同一層間相鄰模塊的熱量傳遞．垂直方向上的熱電阻可由Ｒｖｅｒｔｉｃａｌ＝ｔ（ｋ·Ａ）（１）計(jì)算獲得．ｔ是所在層次的厚度，ｋ是所在層次材料的熱傳導(dǎo)率，Ａ是單元的截面積．每個(gè)單元等效的接地?zé)犭娙轂椋茫簦瑁溅?#183;Ｃｐ·Ａ·ρ·ｔ（２）式中，ｔ和Ａ同電阻公式中的含義一樣，Ｃｐ和ρ分別對(duì)應(yīng)于特定材料的熱容和密度，影響因子α取０．５．從熱沉到空氣中的熱電阻可以用模型Ｒｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ＝１（ｈ·Ａ）（３）計(jì)算得到．式中，Ａ是表面積，ｈ是具有邊界條件依賴特性的熱傳輸系數(shù)，與材料有關(guān)．上述所有熱電阻、熱電容計(jì)算公式的詳細(xì)推導(dǎo)和論證可以參考文獻(xiàn)［１０－１１］．ＨｏｔＳｐｏｔ工具中的ｈｏｔｓｐｏｔ．ｃｏｎｆｉｇ文件定義了各種熱模型參數(shù)．如芯片的規(guī)格參數(shù)，散熱器及熱沉的規(guī)格參數(shù)，界面材料規(guī)格參數(shù)，芯片的ｆｌｏｏｒｐｌａｎ參數(shù)以及ＨｏｔＳｐｏｔ工具被調(diào)

【共引文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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