集成电路热管理 片上和系统级的监测及冷却PDF电子书下载

第1章 集成电路和系统的热问题 1

1.1 引起热挑战的技术发展趋势 2

1.1.1 系统设计要求 2

1.1.2 产品可靠性要求 4

1.1.3 产品性能要求 6

1.1.4 成本、用户体验和经济性要求 7

1.2 芯片的发热原理 8

1.2.1 高性能芯片的热响应示例 10

1.2.2 芯片传热路径 15

参考文献 21

第2章 芯片内置温度侦测 27

2.1 芯片内置温度传感器的工作条件及性能参数 28

2.2 模拟型温度传感器 32

2.2.1 基于热二极管的传感器 32

2.2.2 电阻型传感器 34

2.2.3 热电偶和热电堆 35

2.2.4 其他类型温度传感器 39

2.3 数字温度传感器 39

2.3.1 基于MOSFET输出电压/电流的温度传感器 39

2.3.2 基于延迟时间的温度传感器 41

2.3.3 基于漏电流的温度传感器 42

2.4 传感器前端 43

2.4.1 温度传感器的Sigma-Delta ADC 44

2.4.2 温度传感器的SAR ADC 44

2.4.3 温度传感器的PTDC 45

2.5 芯片内置温度传感器的设计挑战 45

2.5.1 理想性和线性度 46

2.5.2 对变化的鲁棒性 47

2.5.3 温度传感器的校正 49

2.6 通过系统布局提高温度测量精度 52

2.6.1 通过内差法强化均匀网格 54

2.6.2 非均匀网格传感器的分配与布置 60

2.6.3 可编程器件的传感器分配和布局 65

2.6.4 温度传感器分配和布局的最新进展 68

2.7 间接温度监测 70

参考文献 71

第3章 动态热管理 79

3.1 芯片温度传感器的接口和动态热管理系统 80

3.1.1 温度传感器的偏置网络 80

3.1.2 温度传感器的通信网络 85

3.2 工业设计中基于温度传感器的动态功耗和热管理 89

3.2.1 第一代动态热管理 89

3.2.2 第二代动态热管理 91

3.2.3 最新一代动态热管理 93

3.3 非商业设计温度传感器的动态优化方法 96

3.3.1 基于硬件设计的热管理 96

3.4 基于温度传感器的内存热管理方法 105

3.4.1 基于温度传感器的DRAM刷新率及写时序优化 105

3.4.2 基于温度传感器的DRAM架构优化 107

3.4.3 基于温度传感器的硬盘热管理 107

3.5 热管理的控制系统深入探究 108

3.5.1 闭环控制器 108

3.5.2 随机控制 112

3.5.3 模型预测控制 113

参考文献 114

第4章 主动冷却 121

4.1 空气冷却 122

4.1.1 冷却风扇的管理控制 126

4.1.2 基于风扇之外的强迫空气冷却系统 129

4.2 液体冷却 131

4.2.1 液体冷却系统的效率和成本优化 134

4.2.2 3D集成电路芯片的液体冷却 136

4.2.3 直接液体冷却 142

4.3 热电冷却 142

4.3.1 TEC装置的工作原理及性能指标 143

4.3.2 最新一代芯片内置冷却器的设计 145

4.3.3 热电冷却器的理论分析框架 148

4.3.4 基于TEC冷却器的IC芯片热管理 150

4.4 相变冷却 156

参考文献 158

第5章 系统层、超级计算机以及数据中心层热事件的缓解措施 169

5.1 OS层的散热缓解措施 169

5.1.1 热感知技术优化 171

5.2 嵌入式实时系统的OS层热管理策略 184

5.3 热感知的虚拟化 190

5.4 应用层在温度分布形成中的作用 194

5.5 数据中心和超级计算机的热感知优化 197

5.5.1 数据中心的热耗特征与性能指标 197

5.5.2 系统层热感知管理的软件环境与配置 200

参考文献 202

第6章 热感知系统的发展趋势 207

6.1 热设计时考虑客户舒适度 207

6.2 集成电路的热回收技术 210

6.3 芯片内置温度传感器的新材料和新设计 212

6.4 硬件安全性 213

参考文献 213

附录 相关术语和单位 216