一种基于热仿真的布局调整方法及装置

本发明涉及三维异质异构集成，具体涉及一种基于热仿真的布局调整方法及装置。

背景技术：

1、进入后摩尔时代，通过特征尺寸微缩的先进工艺研发受阻，以芯粒异构集成为代表的小芯片技术成为产业关注的重点，但是，随着芯粒功耗密度的提升，热量堆积效应使得芯片局部温度急剧上升，极大地影响了芯片的性能和稳定性，这时需要调整芯粒和电路模块的布局，从而改善温度条件，提高芯片性能。

2、现有热分析技术主要集中在传统平面和三维器件集成领域，缺少芯粒异构集成热分析技术，急需获取芯粒异构集成系统的温度分布，在满足热阈值和限制的条件下，调整芯粒和电路模块的布局，以满足芯粒异构集成系统热可靠性的要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于热仿真的布局调整方法及装置，以获取芯粒异构集成系统的温度分布，提高调整芯粒和电路模块的布局热可靠性的目的。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、本发明实施例第一方面公开了一种基于热仿真的布局调整方法，包括：

4、获取芯粒异构集成系统的特性参数；所述芯粒异构集成系统由散热器、导热片、热界面金属、芯粒、微凸块、硅中介层、c4微凸块和封装基板构成；所述特性参数至少包括：所述芯粒异构集成系统各个组件的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；

5、将所述特性参数输入至预先构建的热仿真模型进行热仿真处理，得到所述芯粒异构集成系统各个部位的温度；

6、将所述芯粒异构集成系统各个部位的温度与温度阈值进行比较；

7、当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，对所述芯粒异构集成系统的布局进行调整，使得利用所述热仿真模型对所述芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值。

8、优选的，所述热仿真模型的构建过程，包括：

9、构建包括导热微分控制方程的热仿真模型；

10、向所述热仿真模型输入所述芯粒异构集成系统的特性参数；所述特性参数至少包括：芯粒异构集成系统各个组件的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；

11、利用所述特性参数对所述热仿真模型进行赋值；

12、当所述热仿真模型输出的各个部位的温度与所述芯粒异构集成系统各个部位的温度实测值一致时，确定所述热仿真模型构建完成。

13、优选的，所述当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，对所述芯粒异构集成系统的布局进行调整，使得利用所述热仿真模型对所述芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值，包括：

14、当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，调整构成所述芯粒异构集成系统的各个组件的尺寸、芯粒个数和芯粒间距；

15、获取调整后的芯粒异构集成系统的特性参数，所述特性参数至少包括：调整后的芯粒异构集成系统各个部位的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；

16、将所述特性参数输入到热仿真模型进行热仿真处理，得到调整后的芯粒异构集成系统各个部位的温度；

17、当调整后的芯粒异构集成系统各个部位的温度都小于所述温度阈值，确定所述芯粒异构集成系统调整完毕；

18、当调整后的芯粒异构集成系统存在温度不小于所述温度阈值的部位，返回执行所述调整构成所述芯粒异构集成系统的各个组件的尺寸、芯粒个数和芯粒间距这一步骤。

19、优选的，所述当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，对所述芯粒异构集成系统的布局进行调整，使得利用所述热仿真模型对所述芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值，包括：

20、当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，获取所述芯粒异构集成系统的初始参数；所述初始参数至少包括：各组件的尺寸、芯粒个数和芯粒功耗；

21、基于所述初始参数对预设的模拟退火算法进行初始化；

22、利用所述模拟退火算法迭代得到所述芯粒异构集成系统中芯粒布局的最优解；

23、基于所述芯粒布局的最优解对所述芯粒异构集成系统中芯粒的布局进行调整；

24、基于所述芯粒布局的最优解对所述模拟退火算法进行初始化；

25、利用所述模拟退火算法迭代得到所述芯粒内部的电路模块布局的最优解；

26、根据所述芯粒内部的电路模块布局的最优解，调整所述芯粒内部电路模块的布局，使得利用所述热仿真模型对调整后的芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值。

27、优选的，所述利用所述模拟退火算法迭代得到所述芯粒异构集成系统中芯粒布局的最优解，包括：

28、获取当前芯粒异构集成系统中的芯粒参数，并输入到预设的代价函数中，计算得到第一代价函数值；所述芯粒参数包括：芯粒面积、芯粒间互连线长度、芯粒总功耗和芯粒峰值温度；

29、初始化所述模拟退火算法中的退火温度；

30、调整所述芯粒异构集成系统中的芯粒布局，得到与新的芯粒布局对应的新解；

31、获取调整后的芯粒异构集成系统中的芯粒参数，并输入到所述代价函数中，计算得到第二代价函数值；

32、若所述第二代价函数值小于所述第一代价函数值，则确定所述新解为符合要求的新解；

33、若所述第二代价函数值不小于所述第一代价函数值，则将所述新解乘以相关概率，得到符合要求的新解；所述相关概率由第一代价函数值和第二代价函数值之间的差值和当前的退火温度构成的函数计算得到；

34、当当前的退火温度小于预设温度时，将符合要求的新解作为最优解输出；

35、当当前的退火温度不小于预设温度时，降低所述退火温度，并将所述第二代价函数值作为第一代价函数值，返回执行调整所述芯粒异构集成系统中的芯粒布局，得到与新的芯粒布局对应的新解这一步骤。

36、本发明实施例第二方面公开了一种基于热仿真的布局调整装置，包括：

37、获取单元，用于获取芯粒异构集成系统的特性参数；所述芯粒异构集成系统由散热器、导热片、热界面金属、芯粒、微凸块、硅中介层、c4微凸块和封装基板构成；所述特性参数至少包括：所述芯粒异构集成系统各个组件的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；

38、热仿真单元，用于将所述特性参数输入至预先构建的热仿真模型进行热仿真处理，得到所述芯粒异构集成系统各个部位的温度；

39、比较单元，用于将所述芯粒异构集成系统各个部位的温度与温度阈值进行比较；

40、调整单元，用于当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，对所述芯粒异构集成系统的布局进行调整，使得利用所述热仿真模型对所述芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值。

41、优选的，还包括：

42、构建单元，用于构建包括导热微分控制方程的热仿真模型；向所述热仿真模型输入所述芯粒异构集成系统的特性参数；所述特性参数至少包括：芯粒异构集成系统各个组件的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；利用所述特性参数对所述热仿真模型进行赋值；当所述热仿真模型输出的各个部位的温度与所述芯粒异构集成系统各个部位的温度实测值一致时，确定所述热仿真模型构建完成。

43、优选的，所述调整单元，包括：

44、第一调整子单元，用于当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，调整构成所述芯粒异构集成系统的各个组件的尺寸、芯粒个数和芯粒间距；

45、获取子单元，用于获取调整后的芯粒异构集成系统的特性参数，所述特性参数至少包括：调整后的芯粒异构集成系统各个部位的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；

46、热仿真子单元，用于将所述特性参数输入到热仿真模型进行热仿真处理，得到调整后的芯粒异构集成系统各个部位的温度；

47、确定子单元，用于当调整后的芯粒异构集成系统各个部位的温度都小于所述温度阈值，确定所述芯粒异构集成系统调整完毕；当调整后的芯粒异构集成系统存在温度不小于所述温度阈值的部位，继续利用所述第一调整子单元调整构成所述芯粒异构集成系统的各个组件的尺寸、芯粒个数和芯粒间距。

48、优选的，包括：

49、获取子单元，用于当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，获取所述芯粒异构集成系统的初始参数；所述初始参数至少包括：各组件的尺寸、芯粒个数和芯粒功耗；

50、第一初始化子单元，用于基于所述初始参数对预设的模拟退火算法进行初始化；

51、第一迭代子单元，用于利用所述模拟退火算法迭代得到所述芯粒异构集成系统中芯粒布局的最优解；

52、第二调整子单元，用于基于所述芯粒布局的最优解对所述芯粒异构集成系统中芯粒的布局进行调整；

53、第二初始化子单元，用于基于所述芯粒布局的最优解重新对所述模拟退火算法进行初始化；

54、第二迭代子单元，用于利用所述模拟退火算法迭代得到所述芯粒内部的电路模块布局的最优解；

55、第三调整子单元，用于根据所述芯粒内部的电路模块布局的最优解，调整所述芯粒内部电路模块的布局，使得利用所述热仿真模型对调整后的芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值。

56、优选的，所述第一迭代子单元，具体用于：

57、获取当前芯粒异构集成系统中的芯粒参数，并输入到预设的代价函数中，计算得到第一代价函数值；所述芯粒参数包括：芯粒面积、芯粒间互连线长度、芯粒总功耗和芯粒峰值温度；初始化所述模拟退火算法中的退火温度；调整所述芯粒异构集成系统中的芯粒布局，得到与新的芯粒布局对应的新解；获取调整后的芯粒异构集成系统中的芯粒参数，并输入到所述代价函数中，计算得到第二代价函数值；若所述第二代价函数值小于所述第一代价函数值，则确定所述新解为符合要求的新解；若所述第二代价函数值不小于所述第一代价函数值，则将所述新解乘以相关概率，得到符合要求的新解；所述相关概率由第一代价函数值和第二代价函数值之间的差值和当前的退火温度构成的函数计算得到；当当前的退火温度小于预设温度时，将符合要求的新解作为最优解输出；当当前的退火温度不小于预设温度时，降低所述退火温度，并将所述第二代价函数值作为第一代价函数值，返回执行调整所述芯粒异构集成系统中的芯粒布局，得到与新的芯粒布局对应的新解这一步骤。

58、基于上述本发明实施例提供的一种基于热仿真的布局调整方法及装置，获取芯粒异构集成系统的特性参数；所述芯粒异构集成系统由散热器、导热片、热界面金属、芯粒、微凸块、硅中介层、c4微凸块和封装基板构成；所述特性参数至少包括：所述芯粒异构集成系统各个组件的质量密度、比热容、导热系数和尺寸信息；将所述特性参数输入至预先构建的热仿真模型进行热仿真处理，得到所述芯粒异构集成系统各个部位的温度；将所述芯粒异构集成系统各个部位的温度与温度阈值进行比较；当所述芯粒异构集成系统中存在温度不小于所述温度阈值的部位时，对所述芯粒异构集成系统的布局进行调整，使得利用所述热仿真模型对所述芯粒异构集成系统进行热仿真时，得到的各个部位的温度都小于所述温度阈值。在本方案中，利用预先构建的热仿真模型对芯粒异构集成系统进行热仿真，基于热仿真结果调整芯粒异构集成系统的布局，实现仿真得到芯粒异构集成系统的温度分布，提高调整芯粒和电路模块的布局热可靠性的目的。