一种芯片三维热分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及集成电路分析领域，尤其设及一种忍片=维热分析方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着集成电路的发展，集成度越来越高，功耗成倍增加，忍片发热造成的 局部高溫热点会导致忍片性能下降，可靠性下降，甚至造成物理损坏。因此在设计初期就必 须对忍片进行精确的热分析，计算忍片溫度的分布情况，确保局部热点溫度不超过临界值。
[0003] 为了进行准确的忍片热分析，有必要考虑热扩散器、散热片等散热部件的影响，因 此在热分析中处理的是包括它们与忍片的整体系统。由于散热片等部件的尺寸远大于集成 电路忍片尺寸，使得进行忍片系统的整体热分析需要很长的计算时间。因此，为了减少计算 量，可W只计算少量热点位置（已知需要重点关注的"热点"）的溫度。运时采用一种随机行 走方法比较有效，该方法将求解整个忍片系统的热方程转化为一个热电阻网络，然后在该 网络上使用基于网格的随机行走方法，下面称为"一般随机走方法"。
[0004] 悬浮随机行走方法是不同于一般随机行走方法的另一种随机行走方法，它的每次 随机跳转并不局限于体积元，而是使用一种可放缩的空间转移区域，从转移区域中屯、点跳 到转移区域边界上的某点。因此，为了进一步加快一般随机行走方法的计算速度，我们可W 采用混合随机行走算法。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中进行忍片热分析的方法计算时间 过长的缺陷，提供一种结合一般随机行走方法和悬浮随机行走方法，且能够快速的进行热 分析的忍片=维热分析方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 本发明提供一种忍片=维热分析方法，包括W下步骤：
[000引S1、获取忍片数据，包括忍片与散热部件的几何信息、材料热导率信息、忍片上热 源区域的分布情况和各个外部边界的边界条件W及位于热源区域内待计算溫度点的坐标， 并根据一般随机算法生成转移区域表；
[0009] S2、根据忍片数据，计算用于一般随机行走时所需的转移概率；
[0010] S3、输入热源区域内待计算溫度点的坐标，并结合基于混合随机行走算法的忍片 热分析模型中对应的区域，根据转移概率进行一般随机行走方法的溫度计算，根据转移区 域表进行悬浮随机行走方法的溫度计算；
[0011] S4、完成该坐标的溫度计算后，返回步骤S3,进行下一个待计算溫度点的溫度计 算，直到完成所有输入坐标点的溫度计算。
[0012] 进一步地，本发明的步骤Sl中生成转移区域表的具体方法为：
[0013] 构造一个均匀热导率材料的长方体转移区域，其长宽高分别为k*k*l，k为奇数，并 对其设置预设的有限差分网格，得到对应的电阻网络;从长方体转移区域的中屯、位置的体 积元的中屯、点开始执行M次一般随机行走方法，当每次随机行走到达与长方体转移区域表 面接触的体积元中屯、点时，则终止该次随机行走；
[0014]在X方向上，终点体积元的中屯、点与起始体积元的中屯、点的距离为dx，长方体转移 区域的X方向长度为2*lx，则X方向上的比率为：
[001 引 rxi = dx/lx
[0016]在y、z方向上进行同样的操作，最后将(rxi，ryi，rzi)作为长度为M数组的一个元素， 其中M为整数。
[0017] 进一步地，本发明的步骤S3中的基于混合随机行走算法的忍片热分析模型包括忍 片上的热源区域、保护区域、空白区域和反射边界，在热源区域上进行一般随机行走方法， 在空白区域采用悬浮随机行走方法，反射边界采用基于反射机制的悬浮随机行走方法。
[0018] 进一步地，本发明的步骤S3中一般随机行走方法的具体为:根据轮盘选择策略从 当前体积元的中屯、跳到与其相邻的某个体积元中屯、，如果当前体积元某几个方向没有体积 元与其相邻，则运些方向不能进行行走，该限制通过位向量来实现。
[0019] 进一步地，本发明的步骤S3中一般随机行走方法的具体步骤为：
[0020] 分配6个位，其中两个位分别表示可W进行X正方向行走和可W进行X负方向行走， 同理，y、z方向分别分配两个位，若只有X正方向不可W进行行走，则对X正方向对应的位设 置0,其他方向都设置1，然后根据轮盘选择策略对位向量进行解析，从而得到一般随机行走 的下一个体积元。
[0021] 进一步地，本发明的该方法在多核CPU系统环境下，基于线程池实现混合随机行走 算法的并行化。
[0022] 本发明产生的有益效果是:本发明的忍片=维热分析方法，通过结合一般随机行 走方法和悬浮随机行走方法，提出了一种快速计算忍片热点位置溫度的混合随机行走方 法，并根据该方法进行对应忍片模型的热分析，该方法的分析速度较快，并且能够提高对忍 片热分析的精度，计算得出忍片溫度的精确分布情况，确保设计的忍片局部热点溫度不会 超过临界值。
【附图说明】
[0023] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0024] 图1是本发明实施例的忍片=维热分析方法的流程图；
[0025] 图2是本发明实施例的忍片=维热分析方法的转移区域表的生成过程的示意图；
[0026] 图3是本发明实施例的忍片=维热分析方法的基于混合随机行走方法的忍片热分 析模型的示意图；
[0027] 图4(a)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的用于悬浮随机行走方法的转移 区域表的大小(a);
[0028] 图4(b)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的用于悬浮随机行走方法的转移 区域表的大小(b);
[0029] 图4(c)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的用于悬浮随机行走方法的转移 区域表的大小(C);
[0030] 图5是本发明实施例的忍片=维热分析方法的坐标修正的示意图；
[0031] 图6是本发明实施例的忍片=维热分析方法的基于反射机制的混合随机行走方法 原理图；
[0032] 图7(a)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的在每个均匀材料子区域内进行 均匀网格划分(a);
[0033] 图7(b)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的在每个均匀材料子区域内进行 均匀网格划分(b);
[0034] 图7(c)是本发明实施例的忍片=维热分析方法的在每个均匀材料子区域内进行 均匀网格划分(C);
[0035] 图中，1-热源区域，2-保护区域，3-空白区域，4-反射边界。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0037] 如图1所示，本发明实施例的忍片=维热分析方法，包括W下步骤：
[0038] S1、获取忍片数据，包括忍片与散热部件的几何信息、材料热导率信息、忍片上热 源区域的分布情况和各个外部边界的边界条件W及位于热源区域内待计算溫度点的坐标， 并根据悬浮随机算法生成转移区域表，将该转移区域表保存于二进制文件中。
[0039] 如图2所示，表示了在生成转移区域表时，一次随机行走从开始到结束的过程，生 成转移区域表的具体方法为：
[0040] 构造一个均匀热导率材料的长方体转移区域，其长宽高分别为k*k*l，k为奇数，并 对其设置预设的有限差分网格，得到对应的电阻网络;从长方体转移区域的中屯、位置的体 积元的中屯、点开始执行M次一般随机行走方法，当每次随机行走到达与长方体转移区域表 面接触的体积元中屯、点时，则终止该次随机行走；
[0041 ]在X方向上，终点体积元的中屯、点与起始体积元的中屯、点的距离为dx，长方体转移 区域的X方向长度为2*lx，则X方向上的比率为：
[0042] rxi = dx/lx
[0043] 在y、z方向上进行同样的操作，最后将(rxi，ryi，rzi)作为长度为M数组的一个元素， 其中M为整数。
[0044] S2、根据忍片数据，计算用于一般随机行走时所需的转移概率;对应的转移概率保 存在数组中。其中采用一般随机行走从i结点转移到j结点的概率公式为：
[0045]
[0046] 其中Gi功i结点和j结点之间的热导，d(i)为与i结点相邻的体积元的个数。
[0047] S3、输入热源区域内待计算溫度点的坐标，并结合基于混合随机行走算法的忍片 热分析模型中对应的区域，根据转移概率进行一般随机行走方法的溫度计算，即根据一般 随机行走的当前位置，通过查询对应预先计算好的转移概率来选择下一个体积元的位置， 根据转移区域表进行悬浮随机行走方法的溫度计算，