三维封装件中的冷却供应管理的制作方法

专利名称：三维封装件中的冷却供应管理的制作方法
三维封装件中的冷却供应管理相关申请的交叉引用本申请涉及与本申请同日提交的题为“Management of a 3D Package andCooling System (三维封装件和冷却系统的管理)”的美国专利申请S/NTBD (代理人案号 Νο.200703409),其公布全部援引包含于此。
背景技术：
半导体技术最近的趋势已集中在集成电路芯片系统的微型化。这已导致高密度 电子封装模块的研发，例如由排列成一堆的多个管芯构成的三维(3D)多管芯结构，以显 著减小管芯在系统中占据的占地面积量。对于传统管芯，用于驱动层叠管芯的部分电能 被转化成热能并作为热量耗散。管芯温度大大地影响其性能。同样，高效的热量消除通 常是设计和运行3D多管芯电子封装模块中的重要考虑因素。一般通过使用被动冷却供应从管芯消除热量，例如定位以将热从一个管芯传递 至另一个管芯或传递至散热器的热传导材料。也提出通过使用具有安装在各管芯之间的 P型材料板和N型材料板的热电冷却器主动冷却管芯的技术。然而，随着电子封装模块 持续变得越来越密集且管芯具有不断增长的运行速度，用于散发由3D多管芯电子封装模 块中的管芯产生的热量的传统技术可能无法充分地冷却管芯，这可能导致性能下降和过 早失效。由此应当理解，消除从3D多管芯电子封装模块中的管芯散发的热量的改进将是 有益的。附图简述本发明的特征可由本领域内技术人员参照附图从下面的详细描述中清楚得出， 在附图中图IA示出根据本发明一个实施例的包含多个层叠管芯和具有多个主动冷却机构 的冷却系统的三维封装件的简化示意图；图IB示出根据本发明另一实施例的包含多个层叠管芯和具有多个主动冷却机构 的冷却系统的三维封装件的简化示意图；图2示出根据本发明一个实施例的用于管理具有带至少一个主动冷却机构的冷 却系统的三维封装件内的冷却供应的系统的简化框图；图3示出根据本发明一个实施例的用于管理具有带至少一个主动冷却机构的冷 却系统的包含多个层叠管芯的三维封装件内的冷却供应的方法的流程图；图4示出根据本发明一个 实施例促成图3所示流程图的用于管理具有带至少一个 主动冷却机构的冷却系统的包含多个层叠管芯的三维封装件内的冷却供应的方法的流程 图；图5示出根据本发明另一实施例的促成图3所示流程图的用于管理冷却供应的方 法的流程图；图6示出根据本发明另一实施例的促成图3所示流程图的用于管理冷却供应的方法的流程图；图7示出根据本发明又一实施例的促成图3所示流程图的用于管理冷却供应的方法的流程图；图8示出根据本发明再一实施例的促成图3所示流程图的用于管理冷却供应的方 法的流程图；图9示出根据本发明一个实施例的在执行图3-8描述的流程图中包含的一些或全 部步骤时用来实现图2所示控制器的各种功能的计算机系统。详细说明为了简化和阐述的目的，主要参照其示例性实施例对本发明进行说明。在以下 描述中，陈述许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，将对本领域技术人员明 显的是，本发明的实现不局限于这些具体细节。在其他情形中，众所周知的方法和结构 并未予以详细描述以免不必要地混淆本发明。本文披露了一种管理三维封装件中的冷却供应的方法，该三维封装件包括配置 成层叠结构的多个管芯以及具有至少一个主动冷却机构的冷却系统。本文还披露一种具 有根据所披露方法受到控制的冷却系统的三维封装件。通过本文披露的方法和三维封装件的应用，可控制管芯和冷却系统中的一者或 两者以显著最小化能耗并同时为管芯提供充分的冷却。首先参见

图1A，图中示出根据一个示例的包含多个层叠管芯102-106和具有多 个主动冷却机构130a-130n的冷却系统的三维封装件100的简化示意图。在一个方面， 本文披露的各方法和系统可实现在图IA所示的三维封装件100中，如下文中更详细描述 的那样。应当理解，三维封装件100可包括附加组件，并可去除和/或改变本文描述的 一些组件而不脱离本文描述的三维封装件100的范围。如图IA所示，三维封装件100包括多个管芯102-106。管芯102-106可包括配 置成执行任何理论上合意的功能的集成电路芯片。例如，第一管芯102可包括处理器管 芯而第二和第三管芯104、106可包括闪存管芯。在另一示例中，三维封装件100可包括 固态存储封装件，其中管芯102-106各自包括闪存。第一管芯102图示为通过多个焊点112安装在基板110上。第二管芯104图示为 通过粘合材料120附连于第一管芯102，该粘合材料120可包括导热性材料。另外，第三 管芯106图示为通过另一粘合材料122附连于第二管芯104，所述另一粘合材料122也可 包含导热性材料。第二管芯104和第三管芯106也图示为通过各种互连结构124连接于基 板110，所述互连结构124可包括引线接合、倒装芯片互连、光子互连等，其配置成允许 功率信号或电信号的至少一者在管芯104、106和基板110之间传达。作为附加或替代， 第三管芯106可连接于第二管芯104，所述第二管芯104连接于基板110。管芯102-106 进一步图示为支承在模制复合物126内，该模制复合物126用来保护管芯102-106并籍此 散发掉管芯102-106中产生的一些热量。图IA还示出多个主动冷却机构130a_130n，其中“η”是大于或等于零的整数， 所述冷却机构130a-130n位于粘合材料120中。尽管图IA中未示出，然而一些或全部的 主动冷却机构130a-130n可集成在一个或多个管芯102-106中而不脱离本文描述的三维封 装件100的范围。
主动冷却机构130a-130n —般可定义为在其工作过程中消耗电能并通常相比 被动冷却机构在消除热量方面更为有效的冷却机构。由此可通过提供给主动冷却机构 130a_130n的电能变化而控制主动冷却机构130a_130n。根据一个示例，主动冷却机构 130a-130n包括热电冷却器，该热电冷却器包括P型材料板和N型材料板。P型材料板 和N型材料板可通过珀耳帖效应工作以从第一管芯102汲取热量并将热量传递至用来散 热的第二管芯104。在该例中，主动冷却机构130a-130n可电连接于基板110以接收直流 (DC)电力。根据另一示例，主动冷却机构130a-130n包括一个或多个其它类型的机构，例 如从中泵送冷却液流的冷却板。在该例中，可电子控制的泵(未示出)工作以改变通 过冷却板的冷却液流量并由此改变从管芯102-106消除的热量。作为附加或替代，冷却 板可包括例如从中泵送以改变在管芯102-106之间传递的热量的绝缘材料。主动冷却 机构130a-130n可单独受控，以例如使位于不同组的管芯102-106之间的主动冷却机构 130a_130n可在不同时间激活。作为特定示例，主动冷却机构130a_130n可包括具有根据 要求开启的可控阀的液体冷却回路。在任何情况下，主动冷却机构130a_130n可有策略地部署在相对于管芯102-106 的各个位置。各个位置可包括已知散发最大量热量的那些位置，例如一个或多个管芯 102-106上的局部热点。就此而言，管芯102-106的热量消除是有目的性的，由此显著优 化运行主动冷却机构130a_130n时的能效。尽管主动冷却机构130a_130n已图示为位于第一管芯102和第二管芯104之间， 然而主动冷却机构130a_130n也可位于第二管芯104和第三管芯106之间、第一管芯102 和第三管芯106之间、横跨多个管芯102-106等。另外，3D封装件100可包括任何合理 合需数量的管芯和主动冷却机构而不脱离三维封装件100的范围。三维封装件100也可配有其它类型的冷却机构，不管是主动的还是被动的。被 动冷却机构通常可定义为配置成散发由一个或多个管芯102-106或封装件100本身产生的 热量而不需要电能的机构。图IB中示出了这些主动和被动冷却机构中的一些。如本文 所示，例如散热器140的被动冷却机构可沿三维封装件100的各轴线定位。尽管未示出， 例如热导管的其它类型被动冷却机构也可位于两个或更多个管芯102-106之间并热连接 于一个或多个散热器140以将热量从管芯102-106传递至一个或多个散热器140。同样如图IB所示，一些或全部的主动冷却机构130a_130n可与管芯102-106中 的至少一个整体地形成。主动冷却机构130a-130n进一步图示为包括可电子控制的风扇 150，该可电子控制的风扇150配置成向一个或多个封装件100提供空气流。主动冷却机 构130a-130n也可包括一个或多个喷嘴160，用于将液体或空气的冷却流体提供给封装件 100。在一个示例中，喷嘴160可配置并工作以提供冷却流体向封装件100上的要求位置 的精确递送。在另一示例中，可根据封装件100中产生的热量来控制喷嘴160传递冷却 流体。应当理解，可对图IB所示的各封装件100和冷却供 应结构作出改型而不脱离本 文描述的三维封装件100和冷却系统的范围。例如，一个或多个封装件100可层叠在彼 此的顶上，封装件100可配置成落在其边缘上，散热器140可附连于多个封装件100等。现在参见图2，图中示出用于管理具有带至少一个主动冷却机构130a_130n的冷却系统的三维封装件100内的冷却供应的系统200的简化框图。应当理解，系统200可包 括附加组件，并可去除和/或改变本文描述的一个或多个部件而不脱离系统200的范围。如本文 所示，系统200包括配置成执行系统200中的各种计算操作的控制器 202。控制器202可包括例如封装件中的管芯102-106中的一个、位于封装件100远端的 处理器、计算设备等。然而，替代地控制器202可包括存储在计算机可读存储介质上的 软件，该软件配置成当执行时执行系统200中的各种操作。另外如图2所示，控制器202配置成从一个或多个传感器204和/或工作负载监 视器206接收输入。控制器202配置成基于从传感器204和工作负载监视器206中的一者 或两者接收的输入来控制一个或多个主动冷却机构130a_130n和一个或多个管芯102-106 中的一者或两者。在执行这些操作时，控制器202可将接收的输入存储在存储器208 中，存储器208可包括管芯102-106中的一个。在一个示例中，控制器202可访问存储 在存储器208中的程序或算法以基于包含在输入中的数据确定将如何操作主动冷却机构 130a-130n。在另一示例中，控制器202可访问存储在存储器208中的程序或算法以基于 包含在输入中的数据确定应如何将工作负载布置到各管芯102-106上。存储在存储器208 中的各程序或算法将参照流程图在下文中予以描述。传感器204可配置和定位成检测一个或多个环境条件，例如温度、振动、空 气流、光学条件等。作为示例，传感器204可包括配置和定位成检测一个或多个管芯 102-106的温度的温度传感器。根据该示例，传感器204可定位以检测管芯102-106上特 定位置——例如管芯102-106的已知热点——的温度。作为附加或代替，传感器204可 监测计算以确定关联条件的条件。例如，传感器204可监测电阻并可通过监测到的电阻 计算温度。在任何情况下，控制器202可处理从传感器204接收的温度信息以确定各管 芯102-106上的工作负载。更具体地，例如控制器202可关联来自管芯102-106处或周 围的检测环境条件的特定工作负载水平。作为附加或替代，控制器202可基于从工作负载监视器206接收的信息来确定每 个管芯102-106中的工作负载。工作负载监视器206可包括例如配置成至少预测或者跟 踪工作负载并确定哪个封装件100能执行所请求的工作负载的硬件和/或软件。工作负 载监视器206因此可将工作负载请求传达给控制器202，而控制器202可基于下面描述的 各考虑因素来确定将工作负载布置到一个或多个封装件100中的哪些管芯102-106。参见图3，图中示出根据一个示例的用于管理包含多个层叠管芯102-106和具有 至少一个主动冷却机构130a_130n的冷却系统的三维封装件100中的冷却供应的方法300 的简化示意图。应当理解，方法300可包括附加步骤，并可去除和/或改变本文描述的 一个或多个步骤而不脱离方法300的范围。方法300的描述参照图2所示的系统200进行并因此对系统200中包含的元件作 出具体引用。然而要理解，方法300可实现在与系统200不同的系统中而不脱离方法300 的范围。总地来说，控制器202可实现方法300以有效地管理包含多个层叠管芯的三维封 装件100中的冷却供应。在一个示例中，可通过根据多个层叠管芯的工作负载和环境条 件有选择地激活一个或多个主动冷却机构而高效地管理冷却供应。在另一示例中，可通 过有选择地将例如数据存储的工作负载布置在可由至少一个主动冷却机构以最低能耗冷却的那些层叠管芯而高效地管理冷却供应。再次具体参见图3，在步骤302，控制器202标识在一个或多个层叠管芯102-106 上的工作负载和一个或多个层叠管芯102-106处或周围的环境条件中的至少一者。根据 一个示例，控制器202可通过从一个或多个传感器204接收的环境条件数据来标识工作负 载。在本例中，控制器202可将例如温度数据关联于具体工作负载水平。例如，温度水 平和工作负载水平之间的关联性可作为查找表存储在存储器208中，控制器202在标识工 作负载时可访问该查找表。根据另一示例，控制器202可简单地存储从一个或多个传感 器204接收的环境条件数据。根据又一示例，控制器202可从接收自工作负载监视器206的数据标识工作负 载。在本例中，工作负载监视器206可追踪或预测已经或计划分配给管芯102-106的工 作负载，并将该信息传达至控制器202。在步骤304，控制器202基于标识的工作负载和环境条件中的一者或两者来控制 至少一个主动冷却机构和多个层叠管芯102-106中的至少一个中的一者或两者。 可重复步骤302和304以连续标识层叠管芯上的工作负载和/或环境条件，并基 于标识的工作负载和/或环境条件连续更新对至少一个主动冷却机构130a-130n的控制和 对层叠管芯102-106的控制。根据一个示例，在步骤304，可控制多个层叠管芯102-106以通过将相同工作负 载分配给多个层叠管芯102-106来执行相同的工作负载，从而例如提供工作负载执行的 冗余。例如，在工作负载包含数据存储的情形下，可将数据存储在多个管芯102-106上 以提供数据的冗余存储。参见图4，图中示出根据一个示例的用于管理包含多个层叠管芯102-106和具有 至少一个主动冷却机构130a_130n的冷却系统的三维封装件100中的冷却供应的方法400 的流程图。在方法400中，步骤404和406是图3中步骤304的示例的更详细阐述。如图所示，在步骤402，控制器将在步骤302所标识的管芯102-106上的工作负 载和/或管芯102-106处或周围的环境条件与各管芯102-106的预定阈值(PT)范围比较。 PT范围对于每个管芯102-106可以是相同的，例如当管芯102-106被配置成在相同环境 条件下工作时。替代地，PT范围对一个或多个管芯102-106可以是不同的，例如当一个 或多个管芯102-106配置成执行不同类型工作负载时。在步骤402，如果管芯102的标识工作负载超出PT范围，则控制器202激活一 个或多个主动冷却机构130a-130n以增加提供给管芯102的冷却供应，如步骤404所指出 的那样。然而，如果标识工作负载低于PT范围且如果主动冷却机构130a-130n中的至少 一个是当前激活的，则在步骤406控制器202禁用一个或多个主动冷却机构130a-130n以 减少提供给管芯102的冷却供应并因此节省能量。在图4所示示例中，控制器202以“按需”为基础控制至少一个主动冷却机 构130a-130n，由此显著最小化与运作至少一个主动冷却机构130a_130n相关的能量。 另外，控制器202可分开地控制多个主动冷却机构130a-130n以提供显著集中的冷却供 应，这也显著最小化了能耗。换句话说，控制器202可激活一个或多个主动冷却机构 130a-130n,同时禁用其它主动冷却机构130a_130n，这取决于例如管芯102-106的位置 和管芯102-106是否需要附加冷却或是否可能工作在较少的冷却量下。
在任何情况下，在步骤404和406中的任一或两个步骤之后，可重复步骤302 以再次标识管芯102-106上的工作负载和/或其所在或周围的环境条件，并可重复步骤 402-406以基于层叠管芯102-106中的变化条件而基本连续地监视工作负载和/或环境条 件并基本连续地控制主动冷却机构130a_130n。根据一个示例，冷却系统包括多个主动冷却机构130a-130n，且控制器配置成将 工作负载和/或环境条件与多个PT范围比较。在本例中，在方法400的第一次迭代中， 在步骤302标识的工作负载和/或环境条件在步骤402与第一 PT范围进行比较，并响应 标识的工作负载和/或环境条件超出第一 PT范围而在步骤404和406控制主动冷却机构 130a-130n中的至少一者。另外，例如当标识的工作负载和/或环境条件超出第一 PT范 围时，在方法400的第二次迭代中，将标识的工作负载和/或环境条件与第二 PT范围比 较，所述第二 PT范围相比第一 PT范围包括更高的阈值。基于比较，在步骤404和406 控制一个或多个第二主动冷却机构130a_230n。作为示例，在步骤404，可响应标识的工 作负载超出第二PT范围而激活第二主动冷却机构130b以将更大的冷却供应提供给一个或多个管芯102-106。现在参见图5，图中示出根据一个示例促成图3所示方法的管理冷却供应的方法 500的流程图。应当理解，方法500可包括附加步骤，并可去除和/或改变本文描述的一 个或多个步骤而不脱离方法500的范围。如图所示，在步骤502确定三维封装件100中的每个管芯102-106的功率耗散水 平。可从由管芯102-106制造者提供的每个管芯102-106的额定功率耗散水平确定或标识 该功率耗散水平。作为附加或替代，功率耗散水平可通过管芯102-106的测试而确定。在步骤504，确定与各管芯102-106关联的冷却功率。各管芯102-106的冷却功 率可定义为主动冷却机构130a-130n在分别冷却管芯102-106时消耗的功率量。因此，例 如冷却功率可以是由管芯102-106产生的热量、管芯102-106上的被动冷却机构的效率、 管芯102-106上的各主动冷却机构130a_130n的效率和功效的函数。另外，在步骤506，可从管芯102-106的功率耗散水平和冷却功率水平确定管芯 102-106的总功耗水平，即管芯102-106的功率耗散水平和冷却功率水平的组合。在步骤508，控制器202形成能基本最小化管芯102-106总功耗水平的工作负载 布局配置。更具体地，例如控制器202可以分层方式配置管芯102-106的总功耗水平以 判断哪些管芯102-106能在消耗最少量总功率的同时执行这些工作负载，总功耗是就功 率耗散水平和冷却功率两者而言。另外，在步骤510，控制器202通过根据在步骤508形 成的工作负载布局配置将工作负载分配给管芯102-106而进一步控制管芯102-106 (图3 中的步骤304)。步骤502-508可在图3的步骤302之前执行而步骤510可取代图3的步骤304执行。在步骤510之后，可执行步骤302和304以基于步骤510分配的工作负载更新对 至少一个主动冷却机构和层叠管芯的控制。现在参见图6，图中示出根据一个示例促成图3所示方法300的用于管理冷却供 应的方法600的流程图。应当理解，方法600可包括附加步骤，并可去除和/或改变本 文描述的一个或多个步骤而不脱离方法600的范围。
在步骤602，标识主动冷却机构130a_130n的冷却能力。冷却能力可定义为冷却 主动冷却机构130a-130n能提供给管芯102-106的工作和/或最大冷却水平。因此，例 如一个或多个主动冷却机构130a_130n可配置成相比其它几个主动冷却机构130a_130n提 供更高的冷却供应水平。在步骤604，将各管芯102-106关联于主动冷却机构130a_130n中的一个或多 个。管芯102-106和主动冷却机构130a_130n之间的“关联”可通过主动冷却机构 130a-130n对各管芯102-106的影响程度来定义。作为示例，一管芯102可关联于在 提供给该管芯102的冷却供应中具有至少预定最小程度影响的一个或多个主动冷却机构 130 a-130n。根据一个示例，该关联可通过改变主动冷却机构130a-130n的操作并监视那 些变化是否对管芯102-106具有预定程度的影响来确定。在步骤606，控制器202基于主动冷却机构130a_130n中的哪些关联于管芯 102-106中的哪些来确定管芯102-106间的分层关系。作为示例，控制器202可将与具有 最高冷却能力的主动冷却机构130a-130n关联的那些管芯102-106设置在最高层并将与具 有最低冷却能力的主动冷却机构130a-130n关联的管芯102-106设置在分层的最下层。在步骤608，控制器202接收将由管芯102-106执行的工作负载。另外，在步 骤610，控制器202通过根据主动冷却机构130a-130n的冷却能力分层地将工作负载分配 给管芯102-106来控制管芯102-106(图3中的步骤304)。作为示例，在步骤610，控制 器202将工作负载分配给分层中最高层的管芯102-106，并随后根据剩下的管芯102-106 在分层中的位置将剩下的工作负载分配给剩下的管芯102-106。步骤602、608可在图3中的步骤302之前执行而步骤610可代替图3中的步骤 304执行。另外，在步骤610之后，可执行步骤302和304 (步骤610)以基于步骤606确 定的管芯102-106的分层来更新对至少一个主动冷却机构130a_130n和管芯102-104的控 制。现在参见图7，图中示出根据一个示例促成图3所示方法300的用于管理冷却供 应的方法700的流程图。应当理解，方法700可包括附加步骤，并可去除和/或改变本 文描述的一个或多个步骤而不脱离方法700的范围。在步骤702，控制器202确定各管芯102-106过去已执行的工作负载的数量。因 此，例如控制器202可追踪各管芯102-106在其使用寿命中已执行了多少次操作。在步骤704，控制器202接收由至少一个管芯102-106执行的工作负载。另 夕卜，在步骤706，控制器202通过基于各管芯102-106被确定已执行的工作负载的数目将 工作负载分配给管芯102-106来控制管芯102-106 (图3中的步骤304)。作为示例，在 步骤706，控制器202首先将工作负载分配给例如已执行过最少数目的工作负载的管芯 102-106，以延长各管芯102-106的使用寿命。步骤702、704可在图3中的步骤302之前执行而步骤706可代替图3中的步骤 304执行。另外，在步骤706之后，可执行步骤302和304 (步骤706)以基于步骤606确 定的管芯102-106的分层来更新对至少一个主动冷却机构130a_130n和管芯102-106的控 制。现在参见图8，图中示出根据一个示例促成图3所示方法300的用于管理冷却供 应的方法800的流程图。应当理解，方法800可包括附加步骤，并可去除和/或改变本文描述的一个或多个步骤而不脱离方法800的范围。在步骤802，标识多个主动 冷却机构130a_130n的冷却能力。这些冷却能力可以 任何合理合意的方式识别，例如前面针对步骤602 (图6)描述的方式。在步骤804，标 识管芯102-106的功率耗散水平。同样，这些功率耗散水平可以任何合理合意的方式识 另IJ，例如前面针对步骤502 (图5)描述的方式。在步骤806，主动冷却机构130a_130n根据在步骤802标识的主动冷却机构 130a-130n的冷却能力和步骤804标识的管芯102-106的功率耗散水平而耦合于管芯 102-106。作为示例，具有最高冷却能力的主动冷却机构130a-130n可物理地耦合于具有 最高功率耗散水平的管芯102-106。步骤802-806可在图3中的步骤302之前执行，例如在三维封装件100的最初构 造阶段或重构操作阶段。另外，在步骤806之后，步骤302和304可如上所述针对图3 那样执行。方法300-800中阐述的一些操作可作为一个或多个应用、程序或子程序包含在 任何合需的计算机可访问或可读介质中。另外，方法300-800可通过以主动和被动的多 种形式存在的计算机程序表现。例如，它可作为由源代码、目标代码、可执行代码或其 它形式的程序指令构成的软件程序存在。上述任何内容可表现在计算机可读介质上，该 计算机可读介质包括压缩或解压形式的存储设备和信号。示例性计算机可读存储设备包括传统计算机系统RAM、ROM、EPROM、 EEPROM和磁盘或光盘或磁带。示例性计算机可读信号，不管是否使用载波调制，是主 存或运行计算机程序的计算机系统能够访问的信号，包括从因特网或其它网络下载的信 号。前述内容的具体示例包括分布在CD ROM上或经由因特网下载的程序。某种意义 上说，作为抽象实体的因特网本身也是计算机可读介质。对计算机网络来说通常也是如 此。因此要理解，能执行前述功能的任何电子设备都能实现前面列举的那些功能。图9示出根据一个例子的计算机系统900，该计算机系统900可用来执行控制器 202上文中描述的各种功能。在这方面，计算机系统900可用作执行迄今为止针对控制器 202描述的一种或多种功能的平台。计算机系统900包括处理器902，该处理器902可用来执行方法300-800中描述 的一些或全部步骤。来自处理器902的命令和数据可在通信总线904上传达。计算机系 统900还包括在运行时期间可在其上执行程序代码的例如随机存取存储器(RAM)的主存 储器906，以及辅助存储器908。辅助存储器908包括例如一个或多个硬盘驱动器910和 /或可移动存储驱动器912，其代表有软盘驱动器、磁带驱动器、紧凑盘驱动器等，其中 可存储用于管理三维封装件中的冷却供应的程序代码的副本。可移动存储驱动器910以公知方式从可移动存储单元914读取和/或对可移动存 储单元914写入。用户输入/输出设备可包括键盘916、鼠标918和显示器920。显示 适配器922可与通信总线904和显示器920接口并可从处理器902接收显示数据并将显示 数据转换成用于显示器920的显示命令。另外，处理器902可通过网络适配器924在例 如因特网、LAN等网络上进行通信。本领域内技术人员很清楚，可将其它已知的电子器件添加或替换入计算机系统 900。另外，计算机系统900可包括用于数据中心的控制台内的系统板或刀片、传统“白盒”服务器或计算设备等。另外，图9中的一个或多个组件是可选用的(例如用户输入设备、辅助存储器等)。 在本文中已描述和阐述了本发明的优选实施例及其某些变例。本文中使用的术 语、表述和数字仅以示例方式给出并且没有限制的意思。本领域内技术人员将发现，在 由所附权利要求书及其等效物定义的本发明范围内可以有许多变例，其中所有术语具有 其最宽的合理含义，除非另有规定。
权利要求
1.一种管理包含多个层叠管芯的三维封装件中的冷却供应的方法，所述三维封装件 带有冷却系统，所述冷却系统包括至少一个主动冷却机构，所述方法包括标识在所述多个层叠管芯中的一个管芯上的工作负载和在其处或周围的环境条件中 的至少一者；以及基于所述标识的工作负载和环境条件中的至少一者控制所述主动冷却机构和所述多 个层叠管芯中的所述一个管芯中的至少一者。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括 将标识的工作负载和环境条件中的至少一者与预定阈值范围作比较；以及 其中控制所述主动冷却机构还包括响应标识的工作负载和环境条件中的至少一者超 出所述预定阈值范围而激活主动冷却机构，并响应标识的工作负载和环境条件中的至少 一者降到所述预定阈值范围之下而禁用主动冷却机构。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主动冷却机构包括第一主动冷却机 构而所述冷却系统包括第二主动冷却机构，其中所述预定阈值范围包括第一预定阈值范 围，并且比较标识的工作负载和环境条件中的至少一者还包括将标识的工作负载和环境 条件中的至少一者与第一预定阈值范围比较，且其中控制所述主动冷却机构还包括响应 标识的工作负载和环境条件中的至少一者超出所述第一预定阈值范围来激活所述第一主 动冷却机构。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括将标识的工作负载和环境条件中的至少一者与第二预定阈值范围作比较，其中所述 第二预定阈值范围包括相比所述第一预定阈值范围更高的阈值范围；并且基于标识的工作负载和环境条件中的至少一者是否落在所述第二预定阈值范围内来 控制所述第二主动冷却机构。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，控制所述第二主动冷却机构还包括响应标 识的工作负载和环境条件中的至少一者超出所述第二预定阈值范围而激活所述第二主动 冷却机构。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括接收要执行的工作负载；以及其中控制所述主动冷却机构和所述多个层叠管芯中的所述一个管芯中的至少一者还 包括将所述工作负载分配给所述多个管芯中的数个管芯以在所述多个管芯中的所述数个 管芯上复制所述负载。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却系统包括配置成冷却所述管芯的 多个主动冷却机构，所述方法还包括确定每个管芯的功率耗散水平；确定与每个管芯关联的冷却功率；基于每个管芯的功率耗散水平和冷却功率确定与每个管芯关联的总功耗；形成使用于在所述管芯上执行工作负载的总功耗基本最小化的工作负载布局配置；并且其中控制所述主动冷却机构和多个层叠管芯中的至少一者还包括根据形成的工作负 载布局配置将工作负载分配给所述多个层叠管芯。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却系统包括多个主动冷却机构，其 中所述多个主动冷却机构中的至少两个具有不同的冷却能力，所述方法还包括识别所述多个主动冷却机构的冷却能力；将所述多个管芯中的每个管芯关联于相应主动冷却机构；接收要由所述多个管芯执行的多个工作负载；以及其中控制至少一个主动冷却机构和多个层叠管芯中至少一个管芯中的一者或两者进 一步包括根据与所述多个管芯关联的主动冷却机构的冷却能力将所述多个工作负载分层 地分配到所述多个管芯上。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定所述多个管芯中的每个管芯过去执行过的工作负载的数目；接受要由所述多个管芯执行的工作负载；以及其中控制所述主动冷却机构和所述多个层叠管芯中的所述一个管芯中的至少一者还 包括基于所述多个管芯中的每一个执行过的工作负载数目而将所述工作负载分配给所述 多个管芯。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却系统包括多个主动冷却机构， 所述多个主动冷却机构具有不同的冷却能力，且其中所述多个层叠管芯中的至少两个管 芯具有不同的功率耗散水平，所述方法还包括标识所述多个主动冷却机构的冷却能力；以及将具有最高冷却能力的主动冷却机构耦合于具有最高功率耗散水平的管芯。
11.一种三维封装件，包括相对于彼此以层叠配置定位的多个管芯；冷却系统，具有主动冷却机构，用于主动散发由所述多个管芯中的管芯产生的热量；以及控制器，用于实现所述主动冷却机构的评价和控制中的至少一者；以及输入，用于将所述多个管芯中的一个上的工作负载和其处或周围的环境条件中的至 少一者输入至所述控制器，所述控制器配置成基于输入的工作负载和环境条件中的至少 一者来进行评价和改变所述主动冷却机构的操作中的至少一者。
12.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述输入包括温度传感器，所述 温度传感器配置成监测所述多个管芯中的至少一个管芯上的温度，所述控制器进一步配 置成接受监测出的温度并将监测出的温度与具体工作负载相关联。
13.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述输入包括配置成进行预测和 跟踪所述多个管芯上的工作负载中的至少一者，且所述控制器进一步配置成从所述工作 负载监视器接受预测和跟踪的工作负载中的至少一者。
14.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述主动冷却机构与所述多个管 芯中的至少一个管芯一体地形成。
15.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述冷却系统包括多个主动冷却 机构，且所述控制器配置成独立地控制所述多个主动冷却机构中的至少两个主动冷却机 构。
16.如权利要求15所述的三维封装件，其特征在于，所述多个主动冷却机构配置成冷却管芯，且所述控制器进一步配置成 确定每个管芯的功率耗散水平，确定与每个管芯关联的冷却功率，基于每个管芯的 功率耗散水平和冷却功率确定与每个管芯关联的总功耗，形成使用于在管芯上执行工作 负载的总功耗基本最小化的工作负载布局配置，并根据形成的工作负载布局配置将工作 负载分配给所述多个管芯。
17.如权利要求15所述的三维封装件，其特征在于，所述多个主动冷却机构中的至少 两个主动冷却机构具有不同的冷却能力，其中所述控制器进一步配置成标识所述多个主动冷却机构的冷却能力，将所述多个管芯中的每个管芯与相应主动 冷却机构关联，接收要由所述多个管芯执行的多个工作负载，并根据与所述多个管芯关 联的主动冷却机构的冷却能力分层地将所述多个工作负载分配到所述多个管芯上。
18.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述控制器进一步配置成确定所述多个管芯中的每个管芯过去执行过的工作负载的数目，接收所述多个管芯 中的一个或更多个管芯所要执行的工作负载，并基于所述多个管芯中的每个管芯执行过 的工作负载的数目将所述工作负载分配给所述多个管芯中的一个或更多个管芯。
19.如权利要求11所述的三维封装件，其特征在于，所述控制器进一步配置成将标识 的工作负载和环境条件中的至少一者与预定阈值范围作比较，并响应标识的工作负载和 环境条件中的至少一者超出所述预定阈值范围而激活至少一个主动冷却机构，以及响应 标识的工作负载和环境条件中的至少一者降到所述预定阈值范围之下而禁用至少一个主 动冷却机构。
20.一种其上内嵌有一个或多个计算机程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个 计算机程序实现用于管理包含多个层叠管芯的三维封装件中的冷却供应的方法，所述三 维封装件带有冷却系统，所述冷却系统包括至少一个主动冷却机构，所述一个或多个计 算机程序包括计算机可读代码以用于标识所述多个层叠管芯中的一个管芯上的工作负载和其处或其周围的环境条件中的 至少一者；将所述工作负载和所述环境条件中的至少一者与预定阈值范围作比较；以及基于标识的工作负载和环境条件中的一者或两者与所述预定阈值范围的比较而控制 所述主动冷却机构和所述多个层叠管芯中的所述一个管芯中的至少一者。
全文摘要
在一种管理包含多个层叠管芯的三维封装件中冷却供应的方法中，所述三维封装件带有冷却系统，所述冷却系统包括至少一个主动冷却机构，标识在多个层叠管芯中的一个管芯上的工作负载和其处或周围的环境条件中的至少一者。另外，基于标识的工作负载和环境条件中的至少一者来控制主动冷却机构和多个层叠管芯中的一个管芯中的至少一者。
文档编号G06F1/20GK102027429SQ200880129257
公开日2011年4月20日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者A·J·沙阿, C·帕特尔 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业