【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,對處理器級別的實時片上溫度調(diào)節(jié)技術(shù)進行評估,給出了一種實時計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)用程序的實時功耗;利用芯片后端設(shè)計軟件Cadence Encounter對芯片進行布局規(guī)劃設(shè)計,獲得RISC處理器的floorplan信息;將實時功耗、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,實現(xiàn)對RISC處理器快速低代價的熱量分析仿真.實驗結(jié)果表明,利用該方法可以準確分析芯片的熱分布,獲得反映芯片在實際運行過程中熱量分布的數(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】：

為一個電路系統(tǒng)．其中熱傳導體可以等價為一個熱電阻，流過該介質(zhì)的熱量類似于通過該段熱電阻的電流，該介質(zhì)兩端的溫度差近似于該段熱電阻兩端的電壓；熱量傳導系統(tǒng)同時具有吸收熱量的能力，稱之為熱電容，類似于電路中的電容，熱量吸收過程類似于電路電容充電儲存電荷的過程．ＨｏｔＳｐｏｔ熱量計算模型即建立在這個等價關(guān)系之上，它是一種參數(shù)化的，可配置的數(shù)學模型，能夠得出詳細的靜態(tài)和動態(tài)溫度信息．圖１系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖現(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�，最終進入周邊環(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電路包括三個垂直的傳導層，從硅體芯片到散熱片再到熱沉．同時還存在著從熱沉到周圍空氣的垂直對流層．為方便計算，ＨｏｔＳｐｏｔ將整個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．為簡單起見，圖中的集成電路芯片層只分為３個結(jié)構(gòu)塊，而在實際情況中，會被分為１０到２０個甚至更多的結(jié)構(gòu)塊．散熱器片被分為５個模塊：一塊正對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個模塊：正對于散熱器片下方的面積（Ｒｈｓ）和周邊的四個梯形區(qū)域．最終，從封裝到空氣層的熱量對流傳輸通過一個單一熱電阻（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散熱器片、熱沉最終進入空氣層．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）計算獲得．ｔ是所在層次的厚度，ｋ是所在層次材料的熱傳導率，Ａ是單元的截面積．每個單元等效的接地熱電容為Ｃｔｈ＝α·Ｃｐ·Ａ·ρ·ｔ（２）式中，ｔ和Ａ同電阻公式中的含義一樣，Ｃｐ和ρ分別對應(yīng)于特定材料的熱容和密度，影響因子α�。埃担畯臒岢恋娇諝庵械臒犭娮杩梢杂媚Ｐ停遥悖铮睿觯澹悖簦椋铮睿剑保ǎ�·Ａ）（３）計算得到．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、熱電容計算公式的詳細推導和論證可以參考文獻［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】

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