Diseñe el calor a partir de la tecnología de chips 3D

Las temperaturas en el interior de los chips modernos están aumentando. Hoy en día, los chips más avanzados consumen aún más energía y consumen enormes cantidades de energía dinámica para manejar cálculos exigentes como la IA. A medida que los chips modernos escalan a nodos más pequeños, la corriente de fuga también se está convirtiendo en una fuente cada vez más importante de consumo de energía. Proporcionar las grandes corrientes requeridas por la GPU Blackwell de 1000 W de NVIDIA y otros chips de servidor es un desafío en sí mismo. Sin embargo, disipar el calor de forma pasiva (p. ej. con disipadores de calor) o incluso de forma activa también es una tarea complicada.

Reducir la velocidad del reloj del chip en el corazón del sistema es una forma de evitar el sobrecalentamiento, dijo Roshandell. Sin embargo, añadió que este no es un compromiso agradable, ya que también tiene un impacto en el rendimiento.

Otro problema térmico es la tendencia de diversos materiales a deformarse cuando se exponen al calor. Los chips, los paquetes y la placa de circuito subyacente están formados por múltiples capas de material, cada una con diferentes propiedades de expansión térmica. Cuando se exponen al calor comienzan a expandirse, pero debido a sus diferentes propiedades internas lo hacen a diferentes velocidades y en diferentes grados.

Si la electrónica se sobrecalienta, puede producirse deformación. Esto puede ejercer mucha presión sobre las conexiones eléctricas en el chip, en la carcasa o en la placa de circuito, lo que a su vez puede provocar roturas y separaciones. El daño es permanente.

Estos problemas no hacen más que empeorar a medida que la industria de los semiconductores entra en la era de la integración 3D heterogénea. Hoy en día, muchos de los últimos chips de centros de datos se ensamblan a partir de múltiples chips de silicio empaquetados estrechamente en intercaladores u otros tipos de paquetes 2,5D o incluso tecnologías de apilamiento 3D más avanzadas. La proximidad de los chiplets genera calor. Cuando están apilados uno encima del otro y luego sobre la caja y la placa de circuito, es difícil que escape el calor, dijo Roshandell.

También se consume energía al transmitir señales entre chips en un paquete, lo que genera calor adicional que debe disiparse antes de que el rendimiento se vea afectado. Pueden permanecer grandes gradientes térmicos dentro de la carcasa porque cubre un área más grande que un SoC tradicional.

Una mejor gestión térmica comienza en el SoC

Dado que el calor que emana del propio chip puede afectar negativamente a la situación térmica en otros lugares (y viceversa), cada vez es más importante que los ingenieros diseñen todas las facetas del sistema juntas.

Al unir la simulación electrónica y térmica con la refrigeración electrónica y el análisis de sistemas en una sola plataforma, Cadence dice que Celsius Studio crea nuevas oportunidades para el codiseño de todo, desde los chips hasta el sistema completo, ya sea para electrónica de consumo, defensa, aeroespacial o automoción. o el centro de datos. La compañía dijo que cierra las brechas entre los ingenieros electrónicos y mecánicos al tiempo que conecta los mundos de ECAD y MCAD.

Celsius está integrado con otras herramientas de software de la empresa, incluido Virtuoso para el diseño de circuitos integrados analógicos, Innovus para la implementación de lógica digital y circuitos integrados de microondas Allegro.

A través de la integración directa con sus otras herramientas, Celsius Studio se puede utilizar para realizar simulaciones electrónicas y térmicas en una etapa temprana y, a menudo, durante todo el proceso de diseño. «También abre la oportunidad de predecir y mejorar el rendimiento del chip en sí, así como de todas sus aplicaciones, incluida la placa de circuito y el producto final», dijo Cadence.