一种热分析模型的热仿真分析方法及相关装置与流程

本技术涉及芯片设计，尤其涉及一种热分析模型的热仿真分析方法及相关装置。

背景技术：

1、近几十年来，随着科学技术的不断发展和改进，芯片设计为满足人们对功能的更高需求也越来越复杂，例如出现超大规模集成电路设计、3d芯片多层堆叠设计等。为保证芯片或集成电路在各种工作条件下能够稳定运行，并且保持较长的使用寿命，可以考虑通过散热仿真来对芯片或集成电路的散热设计进行优化。

2、但是，因为芯片或集成电路的设计越来越复杂，利用传统的有限元、有限体积方法进行仿真时，仿真规模大，计算时间长，无法满足spice-热联合仿真分析的需求。故需要采用降阶方案来加速计算，提高仿真效率。然而，当前主流降阶计算工具存在只支持部分场景散热仿真的情况，可应用场景较少，但用户实际使用场景又很复杂，这就容易导致最终热仿真分析结果的准确性和实用性较差。

3、因此，如何提供一种可以覆盖更多应用场景，提高最终仿真结果准确性和实用性的热仿真分析方案，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种热分析模型的热仿真分析方法及相关装置，可以覆盖施加第一类边界条件的仿真场景，更接近用户实际使用时的复杂场景，从而提高最终热仿真分析结果的准确性和实用性。

2、下面从不同的方面介绍本技术，应理解的是，下面的不同方面的实施方式和有益效果可以互相参考。

3、第一方面，本技术实施例提供了一种热分析模型的热仿真分析方法，所述方法包括：

4、获取热分析模型；所述热分析模型包括边界条件，和至少一个芯片的几何模型信息、热源位置信息、感温点位置信息中的一种或多种；所述边界条件包括第一类边界条件，所述第一类边界条件用于在所述热分析模型中控制所述至少一个芯片的预设边界保持在预设温度；

5、对所述热分析模型进行热仿真分析，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果。

6、本技术实施例中，可以对带有第一类边界条件的热分析模型进行热仿真分析，即覆盖施加第一类边界条件的仿真场景，更接近用户实际使用时的复杂场景，提高最终热仿真分析结果的准确性和实用性。

7、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行热仿真分析，包括：

8、对所述热分析模型进行降阶，得到降阶结果；

9、对所述降阶结果进行计算，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果。

10、本技术实施例中，在热仿真分析过程中可以先对热分析模型进行降阶，减少计算维度，从而可以加快计算，满足芯片温度快速预测的需求。

11、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行降阶，包括：

12、通过krylov子空间法对所述热分析模型进行降阶；所述krylov子空间法中采用的降阶参数经过多次块经典正交化bcgs处理后确定。

13、本技术实施例中，在对热分析模型进行降阶时，可以采用经过多次块经典正交化bcgs处理后得到的降阶参数进行降阶，保证热分析模型降阶后的热特征矩阵满秩，从而保证快速计算的收敛性，提高预测结果的准确性。

14、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行降阶，包括：

15、基于所述第一类边界条件对所述热分析模型进行数据分离，得到第二处理结果；所述第二处理结果包括各个节点的热容和热阻信息、边界节点和热源的功耗信息，和感温点的温度信息；

16、对所述第二处理结果进行降阶。

17、在一种可能的实现方式中，基于所述第一类边界条件对所述热分析模型进行数据分离，包括：

18、从所述热分析模型提取热分析数据；所述热分析数据包括所述至少一个芯片中各个节点的散热能力信息、所述各个节点的位置信息、边界节点信息、感温点信息和热源功率信息中的一种或多种；所述边界节点为所述至少一个芯片中施加有边界条件的节点；

19、对所述热分析数据进行数据重整得到第一处理结果；所述第一处理结果包括边界节点的散热能力信息、非边界节点的散热能力信息和热源的功率密度信息中的一种或多种；

20、基于所述第一类边界条件对所述第一处理结果进行数据分离。

21、在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一类边界条件对所述第一处理结果进行数据分离，包括：

22、获取描述各个热源功耗的第一功耗信息；

23、基于所述第一类边界条件确定恒温边界信息；

24、将所述恒温边界信息与所述第一功耗信息融合，得到第二功耗信息；

25、基于所述第二功耗信息对所述第一处理结果进行数据分离。

26、在一种可能的实现方式中，当所述第一类边界条件为空时，所述恒温边界信息中的所有元素为0。

27、本技术实施例中，在第一类边界条件为空时，即热分析模型未施加第一类边界条件时，可以将恒温边界信息中的所有元素置为0，避免计算过程中出错而无法正常进行计算。

28、在一种可能的实现方式中，所述第一功耗信息包括第一功耗向量u，所述恒温边界信息包括恒温边界向量t0，所述第二功耗信息包括第二功耗向量unew；所述将所述恒温边界信息与所述第一功耗信息融合，得到第二功耗信息，包括：

29、将所述恒温边界向量t0作为假功耗项，续接到所述第一功耗向量u中，得到所述第二功耗向量unew。

30、本技术实施例中，将第一类边界条件作为假功耗项续接到功耗项的后段，满足降阶方法的入口要求，同时为支持第一类边界条件的热仿真分析提供保证。

31、在一种可能的实现方式中，所述基于所述第二功耗信息对所述第一处理结果进行数据分离满足芯片稳态导热公式和芯片瞬态导热公式；其中，芯片稳态导热公式包括：

32、

33、芯片瞬态导热公式包括：

34、

35、其中，k11为描述各个非边界节点散热能力的非边界子矩阵；t为描述所述至少一个芯片在稳态下各个节点的温度矩阵；pdensity为描述各个热源功率密度的功率密度矩阵；k10为描述各个边界节点散热能力的边界子矩阵；[pdensity-k10]和b为描述边界节点和热源对所述至少一个芯片热影响的功耗边界矩阵；散热能力包括热容能力和热阻能力；和unew为带有假功耗项的功耗向量矩阵；

36、e为描述各个节点瞬态热容能力的质量矩阵，基于所述非边界子矩阵和边界子矩阵分离得到；a为描述各个节点热阻能力的刚度矩阵，基于所述非边界子矩阵和边界子矩阵分离得到；所述第二处理结果包括所述质量矩阵e、刚度矩阵a、功耗边界矩阵b和感温选择矩阵c；感温选择矩阵c描述热仿真分析选择的一个或多个感温点。

37、本技术实施例中，数据分离过程可以根据芯片稳态导热公式和芯片瞬态导热公式进行，保证数据分离的有效性。

38、在一种可能的实现方式中，所述krylov子空间法采用的降阶参数为降阶矩阵q；所述通过krylov子空间法对所述第二处理结果进行降阶满足以下公式：

39、er＝qteq；

40、ar＝qtaq；

41、br＝qtb；

42、

43、其中，er为降阶后的质量矩阵，ar为降阶后的刚度矩阵，br为降阶后的功耗边界矩阵，为降阶后的感温选择矩阵cr的转置矩阵；r表示降阶后的矩阵维度。

44、在一种可能的实现方式中，所述对所述降阶结果进行计算，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果，包括：

45、基于所述降阶后的质量矩阵er、刚度矩阵ar、功耗边界矩阵br和感温选择矩阵的转置矩阵进行计算，确定一个或多个感温点的温度集合矩阵tr。

46、在一种可能的实现方式中，所述温度集合矩阵tr满足以下公式：

47、

48、其中，xr为降阶后的子空间温度矩阵。

49、第二方面，本技术实施例提供了一种热分析模型的热仿真分析装置，包括：

50、获取单元，用于获取热分析模型；所述热分析模型包括边界条件，和至少一个芯片的几何模型信息、热源位置信息、感温点位置信息中的一种或多种；所述边界条件包括第一类边界条件，所述第一类边界条件用于在所述热分析模型中控制所述至少一个芯片的预设边界保持在预设温度；

51、处理单元，用于对所述热分析模型进行热仿真分析，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果。

52、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行热仿真分析，包括：

53、对所述热分析模型进行降阶，得到降阶结果；

54、对所述降阶结果进行计算，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果。

55、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行降阶，包括：

56、通过krylov子空间法对所述热分析模型进行降阶；所述krylov子空间法中采用的降阶参数经过多次块经典正交化bcgs处理后确定。

57、在一种可能的实现方式中，所述对所述热分析模型进行降阶，包括：

58、基于所述第一类边界条件对所述热分析模型进行数据分离，得到第二处理结果；所述第二处理结果包括各个节点的热容和热阻信息、边界节点和热源的功耗信息，和感温点的温度信息；

59、对所述第二处理结果进行降阶。

60、在一种可能的实现方式中，基于所述第一类边界条件对所述热分析模型进行数据分离，包括：

61、从所述热分析模型提取热分析数据；所述热分析数据包括所述至少一个芯片中各个节点的散热能力信息、所述各个节点的位置信息、边界节点信息、感温点信息和热源功率信息中的一种或多种；所述边界节点为所述至少一个芯片中施加有边界条件的节点；

62、对所述热分析数据进行数据重整得到第一处理结果；所述第一处理结果包括边界节点的散热能力信息、非边界节点的散热能力信息和热源的功率密度信息中的一种或多种；

63、基于所述第一类边界条件对所述第一处理结果进行数据分离。

64、在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一类边界条件对所述第一处理结果进行数据分离，包括：

65、获取描述各个热源功耗的第一功耗信息；

66、基于所述第一类边界条件确定恒温边界信息；

67、将所述恒温边界信息与所述第一功耗信息融合，得到第二功耗信息；

68、基于所述第二功耗信息对所述第一处理结果进行数据分离。

69、在一种可能的实现方式中，当所述第一类边界条件为空时，所述恒温边界信息中的所有元素为0。

70、在一种可能的实现方式中，所述第一功耗信息包括第一功耗向量u，所述恒温边界信息包括恒温边界向量t0，所述第二功耗信息包括第二功耗向量unew；所述将所述恒温边界信息与所述第一功耗信息融合，得到第二功耗信息，包括：

71、将所述恒温边界向量t0作为假功耗项，续接到所述第一功耗向量u中，得到所述第二功耗向量unew。

72、在一种可能的实现方式中，所述基于所述第二功耗信息对所述第一处理结果进行数据分离满足芯片稳态导热公式和芯片瞬态导热公式；其中，芯片稳态导热公式包括：

73、

74、芯片瞬态导热公式包括：

75、

76、其中，k11为描述各个非边界节点散热能力的非边界子矩阵；t为描述所述至少一个芯片在稳态下各个节点的温度矩阵；pdensity为描述各个热源功率密度的功率密度矩阵；k10为描述各个边界节点散热能力的边界子矩阵；[pdensity-k10]和b为描述边界节点和热源对所述至少一个芯片热影响的功耗边界矩阵；散热能力包括热容能力和热阻能力；和unew为带有假功耗项的功耗向量矩阵；

77、e为描述各个节点瞬态热容能力的质量矩阵，基于所述非边界子矩阵和边界子矩阵分离得到；a为描述各个节点热阻能力的刚度矩阵，基于所述非边界子矩阵和边界子矩阵分离得到；所述第二处理结果包括所述质量矩阵e、刚度矩阵a、功耗边界矩阵b和感温选择矩阵c；感温选择矩阵c描述热仿真分析选择的一个或多个感温点。

78、在一种可能的实现方式中，所述krylov子空间法采用的降阶参数为降阶矩阵q；所述通过krylov子空间法对所述第二处理结果进行降阶满足以下公式：

79、er＝qteq；

80、ar＝qtaq；

81、br＝qtb；

82、

83、其中，er为降阶后的质量矩阵，ar为降阶后的刚度矩阵，br为降阶后的功耗边界矩阵，为降阶后的感温选择矩阵cr的转置矩阵；r表示降阶后的矩阵维度。

84、在一种可能的实现方式中，所述对所述降阶结果进行计算，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果，包括：

85、基于所述降阶后的质量矩阵er、刚度矩阵ar、功耗边界矩阵br和感温选择矩阵的转置矩阵进行计算，确定一个或多个感温点的温度集合矩阵tr。

86、在一种可能的实现方式中，所述温度集合矩阵tr满足以下公式：

87、

88、其中，xr为降阶后的子空间温度矩阵。

89、第三方面，本技术实施例提供了一种热分析模型的热仿真分析方法，所述方法包括：

90、获取热分析模型；所述热分析模型包括边界条件，和至少一个芯片的几何模型信息、热源位置信息、感温点位置信息中的一种或多种；所述边界条件包括第三类边界条件，所述第三类边界条件用于在所述热分析模型中控制所述至少一个芯片的预设边界与周围流体间的传热系数和流体温度；

91、通过krylov子空间法对所述热分析模型进行降阶后，对降阶结果进行热仿真分析，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果；所述krylov子空间法中采用的降阶参数经过多次块经典正交化bcgs处理后确定。

92、第四方面，本技术实施例提供了一种热分析模型的热仿真分析装置，包括：

93、获取单元，用于获取热分析模型；所述热分析模型包括边界条件，和至少一个芯片的几何模型信息、热源位置信息、感温点位置信息中的一种或多种；所述边界条件包括第三类边界条件，所述第三类边界条件用于在所述热分析模型中控制所述至少一个芯片的预设边界与周围流体间的传热系数和流体温度；

94、处理单元，用于通过krylov子空间法对所述热分析模型进行降阶后，对降阶结果进行热仿真分析，得到所述至少一个芯片中一个或多个节点的温度分析结果；所述krylov子空间法中采用的降阶参数经过多次块经典正交化bcgs处理后确定。

95、第五方面，本技术实施例提供了一种热仿真分析设备，该热仿真分析设备可包括处理器和存储器，该存储器用于存储计算机程序；该处理器用于执行该计算机程序，使得该热仿真分析设备执行上述第一方面或第三方面任一项可能的实现方式中的热分析模型的热仿真分析方法。

96、第六方面，本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和接口电路，该处理器用于通过该接口电路与其他装置通信，使得该电子设备执行上述第一方面或第三方面任一项可能的实现方式中的热分析模型的热仿真分析方法。

97、第七方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序代码，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第三方面任一项可能的实现方式中的热分析模型的热仿真分析方法。

98、第八方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机指令，当该计算机指令在计算设备上运行时，使得计算设备执行上述第一方面或第三方面任一项可能的实现方式中的热分析模型的热仿真分析方法。

99、第九方面，本技术提供一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持设备实现上述第一方面或第三方面中任一种可能的实现方式所涉及的功能，例如，生成或处理上述热分析模型的热仿真分析方法中所涉及的信息。在一种可能的设计中，所述芯片系统还包括存储器，所述存储器，用于保存设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。

100、可选地，上述处理器与存储器可以是物理上相互独立的单元，或者，存储器也可以和处理器集成在一起。

101、上述各个方面达到的技术效果可以相互参考或参考下文所示的方法实施例中的有益效果，此处不再赘述。