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探討奈米級IC設計 業界專家「熱」戰

上網時間: 2006年08月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:熱效應  DAC  TI  thermal  Dynamic IR drop 

在設計自動化大會(DAC)一場名為「Entering the Hot Zone」的座談會上,德州儀器(TI)資深技術團隊成員兼45nm平台經理Robert Pitts提出了一個一般認知不同的看法,指出高溫對晶片設計影響並不是先進IC設計必須立即解決的問題。

Pitts承認他對45nm和32nm製程節點的熱影響感到擔心,但是它目前不是頭號問題:「熱的問題排在第二位。」Pitts表示,動態電源電壓降(Dynamic IR drop)是需要立即解決的主要問題。但是,熱梯度(thermal gradient)從長遠來看不是什麼問題,「一些研發趨勢正走向錯誤的方向,」Pitts說:「它們在若干技術節點一直沿著錯誤的方向前進。」

Pitts表示,在這些趨勢當中,包括日益增加的晶片功率密度和功能整合,以及進一步提高功率密度的封裝選項,如堆疊晶片和系統級封裝模組。

Apache Design Solutions的主席兼執行長Andrew Yang表示,也許在IC設計領域談熱問題還嫌太早,但是對EDA供應商來說卻得先開始準備因應了。Yang表示,EDA歷史上都是採用三部曲來面對問題,即分析、規避和解決問題;而現在則是EDA產業開始著手分析該問題的時候了。

Yang的公司推出了一種用於系統級晶片(SoC)設計的整合性電熱設計工具,可以解決溫度對洩漏、時序、可靠性和電壓降的影響。

「難道我們創造了一種解決子虛烏有問題的方案嗎?」Yang表示:「我們必須做好準備,我們必須提前兩年,在問題出現之前著手考慮如何解決問題,現在正是我們探討如何解決該問題的時候。」如果從現在起的三年內,半導體產業才開始談論如何解決熱問題的話,Yang強調:「那就會是一個大問題了。」

Pitts表示,TI在短期內能採取一種方法來利用程式庫模型,以運算熱效應,如溫度、電壓和洩漏。「我們還有一些時間,而且我們可能採取一些我們能夠採取的措施,因而不必採用熱分析EDA工具。」但是Pitts也承認:「我們現在確實打算從EDA供應商那?尋求更多的支援;儘管還沒有,但是快了。」

最近由《EE Times》所舉辦的EDA調查顯示,隨著晶片尺寸的縮小,設計工程師認為對洩漏電流的管理將是他們最為關心的問題。

利用熱變量

「我們已經找到了利用整個晶片熱變量的方法,」Pitts接著說:「我們現在所做的是針對最壞情況來設計整個晶片。」

Gradient Design Automation技術長Rajit Chandra對此表示贊同:「設計工程師有效地假設晶片具有一致的溫度,所以他們針對平均溫度做設計,而不是針對溫度的峰值做設計。」Chandra表示,採用諸如電壓島(voltage island)和電源閘控(power gating)等冒進的降低電源的方法,會導致晶片上的溫度特性更差。

根據PA Semiconductor工程副總裁Sri Santhanum的觀點,降低電壓是解決熱問題的一帖“猛藥”。Santhanum表示,他的公司採用了各種辦法了控制晶片的熱量,包括採用系統級設計工具和選擇架構。

來自eSilicon的Javier De La Cruz大部份職業生涯都是從事封裝工作,他注意到,設計工程師常常早在設計之初就選定了封裝,選定了封裝就可以給他們所設計晶片留出足夠的熱預算;但是他表示,他們沒有考慮到一個元件永遠不可能孤立地存在,他們可能選擇了對孤立的IC是適合的封裝,但是當晶片與其它元元件一起設計到系統之中的時候,最終就會影響到熱性能。

「隨著熱量的增加,洩漏隨之上升,這又使熱問題更為嚴重,」De La Cruz表示:「這是一個惡性循環。」De La Cruz認為,關鍵是儘早與客戶商談選擇合適的封裝,因為錯誤的決策可能會演變成非常難解決的問題。

EDA供應商在座談會中,則一致反對Pitts關於功率密度與熱問題在晶片中心區相互關係的論點。Yang表示,有一個在工程師之間普遍存在的誤解是,功率密度最高的晶片區域就是熱效應最高的區域,但事實並非如此,因為存在熱耗散(heat dissipation)、散熱(heat sinks)和其它因素的影響。

但是,TI的Pitts客氣地對Yang和Chandra的觀點表示反對,他下一步解決熱效應的方向是檢查整個設計功率密度。「這種方法對我們有幫助,」Pitts表示:「那不是最後的答案,當我們獲得較好解決方案的時候,就可以換一個方法。」

在小組討論會後,Pitts接受《EETimes》訪問並指出,熱效應在130nm節點透過製程改善已經解決了;而在90、65和45nm節點,需要在設計中考慮熱耗散的問題;他表示,這些考量包括改變嵌入式軟體,例如改善行動電話作業系統待機模式的性能。

(參考原文:Thermal effects not an immediate concern, says TI exec)

(Dylan McGrath)




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