参数化/模块化工具崛起 热仿真方法论大翻转

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电子产品的散热设计,一直是工程开发团队所面临的主要挑战。 目前热仿真与分析工具的效率不尽理想,对于一个复杂的系统常需要花上好几天时间才能跑出一组特定参数设定的仿真结果,这使得产品***往往得被迫在还没有做好完整仿真与测试的情况下,就将产品交付量产。 如何提升热分析跟仿真工具的效率,并且和整体产品设计流程紧密结合,是益华计算机(Cadence)目前正在努力的重点方向之一。

Cadence Sigrity产品工程架构师高俊德表示,系统级的散热设计与热仿真,向来都是设计工程师在产品开发和性能优化上的重要考虑。 现今电子系统中主要的发热源,多在于各种功能复杂的芯片电路,由于系统跟芯片的尺寸差异极大,目前的热仿真分析工具,很难面面俱到地涵盖到每个环节。 针对系统尺度所设计的热仿真工具,并不适用于芯片等级的尺度,而适用于芯片尺度的分析工具,又很难应用在系统层级的热仿真分析。

如果再考虑热仿真所需的运算资源,则仿真分析的挑战将变得更加艰巨。 传统上对于庞大复杂的系统结构,热仿真工具一贯地运用数值方法,把整个系统切割成许多细小的区块,再进行整体的仿真运算。 系统愈大愈庞杂,往往区块必须愈细小,总数目也愈多。 这不仅导致运算资源和效率上的沉重负荷,也意味着只要系统中出现某些小更动,整个仿真运算过程就要从头来过。 这是非常耗时又低效率的做法,跑完一次仿真往往要好几天的时间。 在产品开发周期被高度压缩的今日,系统开发商往往没有足够的时间跑完所有可能遇到的情况,只能针对几个典型的参数配置进行仿真。

目前Cadence正在发展全新的方法论,来解决目前热仿真分析所遇到的问题。 其基本概念是将系统中每个电子组件的发热特性予以参数化,从而建立系统级的热模型网络。 有别于传统方法,热模型网络是建构在高度的参数化、模块化的基础上,同时具备可延展的特性,使得设计工程师可以轻易地将网络中的模块组件取代置换或重复使用,并对不同的系统组合进行仿真分析与性能优化。 因此这种方法可以在几分钟内就得出传统上要花好几天才能得到的结果,且不失其准确性,进而让产品开发团队得以仿真产品可能遇到的*恶劣状况,避免产品量产上市后发生问题。

由于这是全新的方法论,因此高俊德也不讳言,业界跟客户*常提出的问题就是,这种新方法的准确度和可靠度如何? 对此相当有信心,并表示目前Cadence的这套工具虽然还在测试阶段,但已经和不少客户进行合作研发,未来将持续根据客户的需求和响应,进一步修正强化此套工具的应用范围和功能特性。

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