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)流動時克服內(nèi)摩擦力和克服湍流時流體質(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
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)計流程。其中，本案例的設(shè)計參數(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)時驗證、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，快速得到更好的散熱結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用價值
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，減少迭代設(shè)計的時間和人力成本。在硬件條件允許的情況下，可以同時進(jìn)行多類散熱器的優(yōu)化設(shè)計。
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