行業(yè)背景

隨著電子芯片性能的提升和尺寸的微型化，芯片呈現(xiàn)出越來越高的熱流密度。而對于穩(wěn)定持續(xù)工作的電子芯片，最高溫度不能超過85℃。研究表明，在70-80℃內(nèi)，單個(gè)電子元件的溫度每升高1℃，系統(tǒng)可靠性降低5％。所以，新型高效的散熱能力是電子芯片穩(wěn)定工作的重要保障。

芯片級高效的散熱方式主要包含兩種發(fā)展方向：更強(qiáng)的散熱方式和更精細(xì)化的散熱結(jié)構(gòu)。其中，散熱方式經(jīng)歷了自然冷卻-氣冷-液冷三個(gè)發(fā)展階段，更精細(xì)化、微型的散熱結(jié)構(gòu)也成為了目前發(fā)展的主流。AIPOD作為一款流程自動化的多學(xué)科優(yōu)化軟件，可以基于熱流體仿真軟件軟件的溫度場仿真能力，實(shí)現(xiàn)對電子芯片散熱結(jié)構(gòu)的快速優(yōu)化，為散熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供新的思路和方案。

性能分析

2.1 平均熱流密度

平均熱流密度是一種直觀的、評價(jià)散熱系統(tǒng)好壞的參數(shù)。一般來說，只需要通過仿真軟件中芯片的溫度場的變化情況即可計(jì)算流體的平均熱流密度。平均熱流密度越高，表示散熱系統(tǒng)的散熱能力越強(qiáng)。

2.2 壓降損失

壓降損失是由流體在管道內(nèi)流動時(shí)克服內(nèi)摩擦力和克服湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞并交換動量而引起的，可以有效衡量流體流動過程中的能量損耗。一般來說，散熱系統(tǒng)需要盡可能減少壓降損失，從而減少散熱系統(tǒng)的能量消耗。

AIPOD優(yōu)化散熱器設(shè)計(jì)

基于通用的熱流體仿真軟件對溫度場的仿真能力，使用AIPOD搭建了電子芯片散熱結(jié)構(gòu)的自動化優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。其中，本案例的設(shè)計(jì)參數(shù)包括材料參數(shù)和功耗參數(shù)兩類，優(yōu)化目標(biāo)為最大化平均熱流密度。

圖1 電子芯片散熱結(jié)構(gòu)的自動化優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖

圖2 AIPOD優(yōu)化流程搭建示意圖，只需要簡單的流程搭建即可開始優(yōu)化

1.基于參數(shù)化建模方法，有助于AIPOD優(yōu)化方案的實(shí)時(shí)驗(yàn)證、評估和方案迭代，保證優(yōu)化方案的可行性；

2.基于AIPOD的自動化優(yōu)化流程，可以有效減少用戶手動操作的過程，基于優(yōu)化算法的自動尋優(yōu)也有助于發(fā)現(xiàn)新的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；

3.基于AIPOD中集成的智能優(yōu)化算法，可以有效幫助電子芯片散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，快速得到更好的散熱結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用價(jià)值

1.有效提高散熱系統(tǒng)的平均熱流密度，在相同工作環(huán)境下，平均熱流密度可以提高5%左右；

2.高效輔助電子芯片散熱器設(shè)計(jì)，減少迭代設(shè)計(jì)的時(shí)間和人力成本。在硬件條件允許的情況下，可以同時(shí)進(jìn)行多類散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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