[发明专利]芯片嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化方法及系统

说明书

本发明属于芯片散热技术领域，公开了芯片嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化方法及系统，所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法包括：构建定量评估热沉与热源适配度的复合性能指标函数；构建功率离散度函数评估芯片功率的非均匀性；针对建立的复合性能指标函数、功率离散度函数，在均匀热源和非均匀热源两种条件下进行仿真计算，得到四种嵌入式热沉的温度、温度均匀性因子和压降的最优解集，设计热沉结构和入口雷诺数。本发明选用适配性最佳的微通道结构，该方法在兼顾满足最高温度限制和温度均匀性限制的情况下，能最大化地节省泵功消耗，既能避免冷却不足，也能避免浪费冷却能力、非必要冷却。

技术领域

本发明属于芯片散热技术领域，尤其涉及一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化方法及系统。

背景技术

目前，嵌入式液体冷却是高功率3D芯片散热的首选解决方案，但存在压降过高和冷却表面温度分布不均匀等问题，应综合考虑液冷热沉的冷却能力和泵耗功率。为了实现热沉冷却能力和热源散热需求的精准匹配，需进行改善。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术针对热载荷不同的芯片，没有选用适配性最佳的微通道结构，无法兼顾满足最高温度限制和温度均匀性限制的情况下，不能能最大化地节省泵功消耗。

(2)现有技术既不能避免冷却不足，也不能避免浪费冷却能力、非必要冷却。使得降温效果不能达到理想状态，不能满足实际需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化方法及系统，具体设计一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法。

本发明是这样实现的，一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法包括：

基于最高温度、温度均匀性与冷却剂的流动压降因素，构建定量评估热沉与热源适配度的复合性能指标函数；

根据芯片的功率分布构建功率离散度函数评估芯片功率的非均匀性；所述芯片的功率分布随着处理器运行任务的不同而发生变化；

针对建立的复合性能指标函数、功率离散度函数，在均匀热源和非均匀热源两种条件下进行仿真计算，选择最高温度差值给定的权重进行有效评估；并采用多目标优化算法得到四种嵌入式热沉的温度、温度均匀性因子和压降的最优解集，基于最优解集，针对不同工程应用需求，设计对应复合性能指标函数优化的热沉结构和入口雷诺数。

进一步，在构建的复合性能指标函数中，复合性能指标函数的权重因子取决于不同强弱的热载荷对冷却能力需求和冷却代价要求的不同差异。

进一步，在芯片的实际工作中，所述最高温度T_max/K代表芯片工作的阈值温度；

所述温度均匀性因子f_T/K为描述芯片上温度分布的均匀性，平均温度为其中温度均匀性及平均温度的实际计算域为芯片热的上表面。温度均匀性因子f_T值越小，表明温度分布越均匀；

所述冷却剂的流动压降包括进出口压降，进出口压降Δp是流动过程中由于能量损失而引起的压强降低，定义式为：

Δp＝p_in-p_out；

式中p_in和p_out分别为冷却剂进出口截面的平均压强。

进一步，所述复合性能指标函数包括：

Φ＝1-λ₁(0.5x_T-0.5x_f)-λ₂x_P，