手持裝置晶片熱導管模擬及設計

鄭良加 ； 邱鴻文 ； 李育民

《電腦與通訊》 180期 (2020/02) Pp. 27-30

摘要

手持裝置在生活中之應用越趨多變及複雜，連帶著其晶片運算能力越趨強大，甚至導入AI功能，在此同時，應用處理器（含AI加速器）會大量消耗功率，熱設計功耗（Thermal Design Power）愈發重要。傳統設計上透過晶片內之熱感測器（Thermal Sensor）與動態調控電壓頻率（DVFS）等技術來進行管理，並輔以散熱膏及散熱鰭片來達到效果，但藉由傳統冷卻散熱方式很難滿足應用需求的散熱門檻（Thermal Wall）；近年來新型的被動式散熱方式為利用金屬背蓋、均溫板（Vapor Chamber）、熱導管（Heat Pipe）、石墨片（Graphite Sheet）等等。其中熱導管可以有效地傳遞熱能，使得晶片溫度大幅降低，達成較佳的散熱效果。因此，在過去五年中，熱導管冷卻技術已被業界廣泛應用於AI晶片、平板及手機等等，惟現行擺置是否為最佳化之設計、是否具備優化及導熱改善空間，仍值得深入研究。因此，本篇專注在前期設計階段中，如何針對熱導管進行快速建立熱模型、開發熱模擬器、並針對熱傳遞路徑優化、同時進一步開發具有彎曲熱導之管高效率散熱設計，藉以提供晶片設計者前期設計建議，以獲得更多之晶片熱設計功耗。