芯片热效应问题 在物联网时代将更加复
2016-03-18
随着汽车、太空、医学与工业等产业开始采用复杂芯片,加上电路板或系统单芯片(SoC)为了符合市场需求而加入更多功能,让芯片热效应已成为开云棋牌官网在线客服与系统设计时的一大问题。
据Semiconductor Engineering报导,DfR Solutions资深工程师指出,随着芯片与电路板越来越小,让热问题显得更加严重。Ansys副总则指出,热会带来一堆无法预知的变化,让业者必须从芯片封装或系统层次评估热冲击的程度,FinFET制程中必须处理局部过热问题,而且进入10或7纳米后程度更严重。
早在2001年,时任英特尔(Intel)技术长的Pat Gelsinger便曾预测未来10年内,芯片上能源密度提高是必须设法解决的问题。在高密度封装的SoC中,并非所有的废热都能散出。
明导国际(Mentor Graphics)行销经理指出,以车载娱乐系统为例,仪表板会产生热且不易散出,便有可能让绝缘闸极双极性电晶体(IGBT)变得不稳定,因此热管理必须从更接近矽的角度加以评估。
至于预先评估何处以及何时会出现热问题,便必须倚赖各种工具、经验与运气达成。而且随着晶粒上温度不平均,欲计算热对稳定性造成影响为何也越加困难,目前所有EDA厂商已联合企图解决该问题。
Synopsys工程师指出,拥有极准确且资讯充足的模型显得更加重要,但也带给电子设计自动化(EDA)厂商一定压力。益华电脑(Cadence)表示,传统上分析工具大多针对封装温度,但10纳米FinFET后,考量的地方必须从电路板转移至电晶体上。
Sonics技术长也指出,目前漏电流问题依旧存在,而且开云棋牌官网在线客服物理也未改变。外界虽集中在利用时脉来控制功耗,但事实上时脉树(clock tree)仍有许多功耗产生。另一项必须面对的挑战则是动态电源管理。
Wingard则认为解决之道是提升时脉控制效率,另外,先进封装或是个别晶粒封装等也是可行方式之一。Tessera总裁指出,其牵涉主要问题便是热耗散,也就是晶粒的厚度。因为减少厚度可降低电阻让更多热散出。该公司已开始开发以不同方式堆叠DRAM,让DRAM一部份可以开口让更多冷气进入。
另外,Kilopass等公司也在开发可抗热的一次性可程式(OTP)存储器,来取代其他种类非挥发存储器。该公司副总指出,内嵌快闪存储器可支援到摄氏85度,但OTP可支援到125度。
目前业界也开始研究如何一开始就解决热效应问题。明导国际指出,热矽穿孔(TSV)是研究方向之一,另外,在晶粒下方蚀刻液流道(liquid channels)与引进新的热介面材料也是研究对象。
iROC Technologies总裁指出,高温与高伏特将会提高闩锁效应(latch-up)风险,造成稳定度严重的问题,另一个温度造成的影响则是实际的热中子(thermal neutron)通量。DfR Solutions认为,热也是造成快闪存储器逐渐出现位元滑动(bit slip)与资料保存问题的原因。
如今随着物联网(IoT)发展后,上述问题将更加复杂,热问题已逐渐成为设计必考量的一部分,而且与功耗、架构、制程与封装都密切相关。