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申请/专利权人：南京吉纳电子科技有限公司

摘要：本申请的一种高功率集成电路堆叠封装散热方法及系统，涉及集成电路封装技术领域，通过在芯片的不同层之间集成热流路由网络，根据芯片的层数、功能模块分布、功耗评估拓扑结构的性能指标，设计得到热流路由网络的拓扑结构；采集芯片的不同层和功能模块的温度数据，得到温度分布，获取各个功能模块的功耗得到功耗分布，获取各个热流开关的导通状态；根据温度分布和功耗分布训练得到功耗预测模型，用于预测下一时间步的功耗；对于每个时间步，实时获取当前时间步的温度分布、功耗分布预测下一时间步的功耗，计算当前时间步的温度梯度，获取上一时间步的热流开关的导通状态，通过热流路由决策函数对热流开关的导通状态进行决策，实现了高效散热。

主权项：1.一种高功率集成电路堆叠封装散热方法，其特征在于，包括：在芯片的不同层之间集成一个由热流开关和导热通道组成的热流路由网络，根据芯片的层数、功能模块分布、功耗评估拓扑结构的性能指标，设计得到热流路由网络的拓扑结构；采集芯片的不同层和功能模块的温度数据，得到温度分布，获取各个功能模块的功耗得到功耗分布，获取各个热流开关的导通状态；根据温度分布和功耗分布训练得到功耗预测模型，用于预测下一时间步的功耗；对于每个时间步，实时获取当前时间步的温度分布、功耗分布预测下一时间步的功耗，计算当前时间步的温度梯度，获取上一时间步的热流开关的导通状态，通过热流路由决策函数对热流开关的导通状态进行决策；所述在芯片的不同层之间集成一个由热流开关和导热通道组成的热流路由网络，根据芯片的层数、功能模块分布、功耗评估拓扑结构的性能指标，设计得到热流路由网络的拓扑结构的具体方法为：选择相变材料制成热流开关，设计热流开关的结构，采用微机电系统工艺制造热流开关；选择导热材料制作导热通道，设计导热通道的结构，采用化学气相沉积、原子层沉积的工艺制备导热通道；根据芯片的层数、功能模块分布、功耗设计热流路由网络的拓扑结构，建立热流路由网络的图模型，定义拓扑结构的性能指标，评估各个拓扑结构的性能指标，设计优化目标函数并求解，选择性能最优的拓扑结构作为热流路由网络的拓扑结构；所述根据芯片的层数、功能模块分布、功耗设计热流路由网络的拓扑结构，建立热流路由网络的图模型，定义拓扑结构的性能指标，评估各个拓扑结构的性能指标，设计优化目标函数并求解，选择性能最优的拓扑结构作为热流路由网络的拓扑结构的具体方法为：将芯片的不同层和功能模块抽象为图中的节点v，将热流开关和导热通道抽象为图中的边er，根据热流开关的导通状态和导热通道的导热性能，为每条边分配一个权重w，得到加权有向图，其中V表示节点集合，E表示边集合，W表示权重集合；定义拓扑结构的性能指标，包括：热流分配能力、路由灵活性和控制复杂度；所述热流分配能力用节点的温度方差来衡量，温度方差的计算公式为，其中N表示节点总数，为第i个节点的温度数据，为平均温度；所述路由灵活性用路径多样性来衡量，路径多样性的计算公式为，其中，为节点i到节点j的所有路径集合，为最短路径集合；所述控制复杂度用边数量和控制变量维度来衡量，所述边数量表示为，所述控制变量维度表示为，u为热流开关的控制信号集合；其中，控制变量维度等于热流开关控制信号的总数量，，表示第k个热流开关的控制信号，K为热流开关的总数量，T为矩阵转置；利用热流分配能力、路由灵活性和控制复杂度构建优化目标函数，包括：热流分配能力目标、路由灵活性目标、控制复杂度目标，热流分配能力目标为最小化温度方差，路由灵活性目标为最大化路径多样性，控制复杂度目标为最小化边数量、最小化控制变量维度，则优化目标函数表示为和；采用NSGA-II算法在热流路由网络的图模型的拓扑空间中搜索最优解集；在最优解集中，根据实际需求和设计约束，选择最优的拓扑结构作为热流路由网络的拓扑结构；所述对于每个时间步，实时获取当前时间步的温度分布、功耗分布预测下一时间步的功耗，计算当前时间步的温度梯度，获取上一时间步的热流开关的导通状态，通过热流路由决策函数对热流开关的导通状态进行决策的具体方法为：获取热流路由网络的拓扑结构上的初始温度数据、初始功耗和初始热流开关状态，表示芯片第a层第b个节点的初始时间步的初始温度数据，表示芯片第a层第b个节点的初始时间步的初始功耗，表示初始时间步第x个热流开关为第y个导通状态；对于每个时间步f，采集当前时间步的温度数据、功耗，和上一时间步的热流开关的导通状态；利用当前时间步的温度数据、功耗，根据功耗预测模型预测得到下一时间步的功耗；利用当前时间步的温度数据，计算热流路由网络的拓扑结构中芯片第a层第b个节点的温度梯度，所述温度梯度的计算公式为：，其中，、分别表示芯片横向和纵向的网格步长，表示芯片第a+1层第b个节点的时间步f的温度数据，表示芯片第a-1层第b个节点的时间步f的温度数据，表示芯片第a层第b+1个节点的时间步f的温度数据，表示芯片第a层第b-1个节点的时间步f的温度数据；利用下一时间步的功耗和当前时间步的温度数据计算得到芯片第a层第b个节点的时间步f的预测热流量，所述预测热流量的计算公式为：，其中，为功耗对预测热流量的影响权重，为温度梯度对预测热流量的影响权重；结合上一时间步的热流开关的导通状态、下一时间步的功耗和当前时间步的温度梯度计算加权差异，所述加权差异的计算公式为：，其中，是在时间步f与芯片第a层第b个节点通过热流开关连接的位置的温度梯度，是在时间步f与芯片第a层第b个节点通过热流开关连接的位置的预测热流量，是温度梯度的权重系数，是预测热流量的权重系数；设置正阈值和负阈值，利用热流路由决策函数对热流开关的导通状态进行决策。

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