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博客分享 | 封装/ PCB系统的热分析：挑战及对策

如今越来越多的封装/ PCB系统设计需要进行热分析。功耗是封装/ PCB系统设计中的关键问题，需要仔细考虑热和电两个领域的问题。为了更好地理解热分析，我们以固体中的热传导为例，并利用两个领域的对偶性。图1和表1描述了电域与热域之间的基本关系。

图1. 电域与热域之间的基本关系

表1. 电域与热域之间的基本关系

电域与热域之间存在一些差异，比如：

在电域，电流被限制在特定电路元件内流动，但在热域中，热流通过三种热传导机制（传导、对流和辐射）在三维空间从热源散发出去。
元件之间的热耦合比电耦合更加明显且难以分离。
测量工具不同。对于热分析，红外热像仪和热电偶取代了示波器和电压探头。

当固体或静止流体介质中存在温度梯度时发生热传导。热对流和热辐射是比热传导更复杂的热传输机制。热对流发生在固体表面与不同温度流体材料接触时。热辐射来自于所有温度大于绝对零度的物质的电磁辐射。图2显示了三种热传输工作图。所有上述热传输机制的一维应用的描述性等式如表2所示。

图2.三种热传输机制

表2. 不同热传输模式的方程

其中：

Q为每秒传输的热量(J/s)

k为导热系数(W/(K.m))

A为物体的截面积(m²)

ΔT为温差

Δx为材料厚度

h_c为对流传热系数

h_r 为辐射传热系数

T₁ 为一侧的初始温度

T₂ 为另一侧的温度

T_s 为固体表面的温度(^oC)

T_f 为流体的平均温度(^oC)

T_h 为热端温度(K)

T_c 为冷端温度 (K)

ε为物体的辐射系数（对于黑体）(0~1)

σ为Stefan-Boltzmann常数=5.6703*10^-8 (W/(m²K⁴))

Sigrity^TM PowerDC^TM 是一种经过验证的电热技术，多年来一直应用于设计、分析及验收封装和PCB。集成的电/热协同仿真功能可帮助用户轻松确认设计是否符合指定的电压和温度阈值，而无需花费大量精力从很多难以判断的影响因子中进行筛选。借助这项技术，您可以获得准确的设计余量并降低设计的制造成本。下图展示了PowerDC用于电/热协同仿真的方法：

图3. PowerDC电/热协同仿真方案

除了电/热协同仿真，PowerDC还提供了其他与热相关的功能，比如：

热模型提取（图4）
热应力分析（图5）
多板分析（图6）
芯片-封装-电路板协同仿真（图7）

借助这些技术和功能，您可以方便快捷地通过图示、量化来评估封装或印刷电路板设计的热流及热辐射。

图4. 封装热模型提取

图5. 封装热应力分析示例

图6. 多板热分析

图7. 使用Voltus-PowerDC进行芯片-封装的热协同仿真

您可于3月20日至21日参加第34届Semi-Therm年度研讨会暨展览会并莅临我们的306展台，了解更多关于Cadence® Sigrity PowerDC 技术如何帮助您解决IC封装和PCB设计中的IR压降、电流密度及热问题。我们还将在技术论坛上与华为联合演讲论文“热网络方法在电-热协同仿真和芯片-封装-电路板提取中的应用”。

来源：Cadence楷登

Cadence全新Tensilica Vision Q6 DSP IP助力提升视觉与AI性能

基于全新、更快的处理器架构，第五代Vision Q6 DSP将在智能手机、监控摄像头、汽车、AR/VR、无人机和机器人领域大展身手中国上海，2018年4月12日 – 楷登电子（美国Cadence公司，NASDAQ: CDNS）今日正式推出Cadence® Tensilica® Vision Q6 DSP。该DSP基于速度更快的新处理器架构，面向嵌入式视觉和AI技术量身打造。第五代Vision Q6 DSP的视觉和AI性能较上一代Vision P6 DSP提高达1.5倍，峰值性能下的功耗效率提高1.25倍。Vision Q6 DSP为智能手机、监控摄像头、汽车、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）、无人机和机器人领域的嵌入式视觉与AI应用量身打造。Vision Q6 DSP采用更深层的13级流水线和面向大容量本地内存的系统架构，16nm工艺下可实现1.5GHz峰值频率和1GHz标准频率，且版图面积与Vision P6 DSP相当。凭借Vision Q6 DSP，设计师可以开发高性能产品，满足不断提高的视觉、AI算力及低功耗的需求。Vision Q6 DSP的新功能和优势专为Optical Flow、Transpose和warpAffine等嵌入式视觉应用和内核，以及Median和Sobel等过滤器开发的增强DSP指令集，指令周期较Vision P6 DSP减少20%为了更好地应对视觉及AI应用对存储的带宽的高需求，VQ6提供了独立的数据/指令AXI master/slave总线接口以及DMA多通道，从而达到2倍于VP6的总线带宽同时也减少了任务切换的延迟及DMA配置的开销向后兼容Vision P6 DSP，用户的软件投资无需付诸东流，实现便捷迁移可选向量浮点单元（VFPU）和支持半精度格式（FP16）“Cadence Vision P5和P6 DSP受到广泛的业界关注，并已经设计集成在众多领先供应商开发的多代移动应用处理器上”，林利集团高级分析师Mike Demler表示。“包括视频捕捉帧率的实时特效等创新用户体验不断涌现，SoC供应商已经看到了快速增长的视觉和AI处理需求。Q6在P6的基础上实现了显著的性能跃升，同时保留了开发者所需的强大编程能力，以支持迅猛发展的神经网络架构。对于希望拥有同时设计视觉和AI处理灵活度的SoC供应商而言，这是极具吸引力的价值定位。” Vision Q6 DSP支持在Caffe、TensorFlow和TensorFlowLite框架上使用Tensilica Xtensa®神经网络编译器（XNNC）开发的AI应用。凭借完整的优化神经网络库功能，XNNC将神经网络映射为针对Vision Q6 DSP的、可执行且经过高度优化的高性能代码。Vision Q6 DSP同时支持安卓神经网络（ANN）API，实现安卓设备的AI本地加速。其软件环境也十分强大，为超过1500种基于OpenCV的视觉功能和OpenVX库功能提供全面优化的支持，助力用户实现已有视觉应用的快速、高层迁移。 “我们在AI和视觉应用领域与Cadence紧密合作。宽向量SMID处理、VLIW指令、多种8位与16位MAC、以及“scatter/gather”内敛指令功能等特性让Vision DSP成为高要求神经网络与视觉算法开发的理想平台，” ArcSoft市场营销副总裁Frison Xu表示。“许多移动设备、汽车、监控摄像头、AR/VR等终端应用的开发商皆采用了Cadence Vision DSP，十分有利于我们软件的部署和推广。” “作为宝贵的合作伙伴，Cadence为我们的高级3D捕捉和SLAM技术提供了高性能、低功耗的运算环境，”VanGogh Imaging首席执行官Ken Lee表示。“Tensilica Vision DSP的性能属性、高度可调的视觉库和稳健的开发环境，帮助我们以极低的功耗实现算法执行，并缩短研发周期。” Vision P6 DSP取得了巨大成功，它曾被用于包括海思麒麟970在内的顶尖移动应用处理器；而Vision Q6 DSP在此基础上更进一步。Vision P6 DSP和Vision Q6 DSP都是针对性能要求为200 – 400 GMAC/秒的通用型嵌入式视觉和机载AI应用所设计的。峰值性能可达384 GMAC/秒的Vision Q6 DSP是高性能系统与应用的不二之选。对于性能要求高于384 GMAC/秒的AI应用，用户还能将Vision Q6 DSP和Vision C5 DSP搭配使用。 “复杂AI和嵌入式视觉应用越来越多被用于本地设备而非云端，功耗和性能指标也更为重要，”Cadence Tensilica IP产品管理与市场高级总监Lazaar Louis表示。“Vision Q6 DSP是面向下一代处理器架构的首款DSP，无论是性能还是能效比都优于Vision P6 DSP。Cadence致力于向客户提供高性能、低功耗的DSP解决方案，包括便于实现、可获得广泛支持的、AI和视觉应用开发所需的软件和工具。” 部分客户已经开始在产品中集成Vision Q6 DSP，现向所有用户开放。关于楷登电子 CadenceCadence 公司致力于推动电子系统和半导体公司设计创新的终端产品，以改变人们的工作、生活和娱乐方式。客户采用 Cadence的软件、硬件、IP 和服务，覆盖从半导体芯片到电路板设计乃至整个系统，帮助他们能更快速向市场交付产品。Cadence 公司创新的“系统设计实现” （SDE）战略，将帮助客户开发出更具差异化的产品，无论是在移动设备、消费电子、云计算、汽车电子、航空、物联网、工业应用等其他的应用市场。Cadence 公司同时被财富杂志评选为“全球年度最适宜工作的100家公司”之一。来源：Cadence楷登