CN110020450A - 温度估算装置及温度估算方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种温度估算装置实施例，包括：温度模型产生器、温度梯度计算器及热感知分析器。温度模型产生器依据电路模块的初始功耗、初始面积及初始坐标以产生温度模型。温度梯度计算器将电路模块的测试面积、测试功耗或测试坐标的其中至少一者代入温度模型中以估算对应的温度评估函式。热感知分析器将温度评估函式进行微分，当温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，输出造成所述微分结果的常数为优化参数。
Description
技术领域
本公开涉及一种温度估算装置及温度估算方法。
背景技术
随着行动运算、高性能运算装置、穿戴装置与车用等产业的发展，此些产业开始应用复杂芯片，此外，电路板或系统单芯片(System on chip，SoC)为了符合市场需求，亦须加入更多功能，当在系统中要能够实现更多功能时，必定会增加更多的电路模块，提升电路设计复杂度。此外，随着芯片制作的工艺进步，能够在越小的芯片面积内容纳越多的电路模块，使得单位面积的功耗量大幅提升，其所造成的热效应会影响到芯片效能合格率，使得芯片热效应已成为半导体与系统设计时的一大问题。
随着芯片系统设计复杂度的提升，采用电子系统层级(ESL，Electronic SystemLevel)设计来缩短系统软硬件开发时程，已成为一个必然的趋势。而如果能在电子系统层级设计时间时就能将热的议题考虑进去，则能在系统架构设计时间就能评估各种降温的解法，可避免在芯片于制作完成后出现过热问题，提升热效应问题的解决效率。因此，如何提供一个能让设计者更有效率地对芯片设计根据温度作优化调整的可支持系统层级的温度估算方法与装置，已成为本领域相关人员所需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，依据本公开的一实施例提供一种温度估算装置，包括：温度模型产生器、温度梯度计算器及热感知分析器。温度模型产生器依据电路模块的初始功耗、初始面积及初始坐标以产生温度模型；其中，温度模型描述电路模块的初始功耗、初始面积和初始坐标相对芯片系统温度的关系。温度梯度计算器将电路模块的一测试面积、测试功耗或一测试坐标的其中至少一者代入温度模型中，以估算对应的温度评估函式。热感知分析器将温度评估函式进行微分，当温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，输出造成所述微分结果的常数为优化参数。
依据本公开的另一实施例提供一种温度估算方法，包括：依据电路模块的初始功耗、初始面积及初始坐标以产生温度模型；其中，温度模型用以描述电路模块的初始功耗、初始面积和初始坐标相对芯片系统温度的关系。将电路模块的测试面积、测试功耗或测试坐标的其中至少一者代入温度模型中，以估算对应的温度评估函式；以及将温度评估函式进行微分，当温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，则输出造成所述微分结果的常数为优化参数。
通过本公开提供的温度估算装置及温度估算方法实施例可支持系统层级的芯片布局，在进行芯片布局时能更考虑到温度的效应。本发明实施例可通过评估芯片中电路模块可能产生的温度从而协助调整芯片的设计。
附图说明
为让本公开内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图示的说明如下：
图1为根据本公开一实施例绘示的一种温度估算装置的方块图；
图2为根据本公开一实施例绘示的一种温度估算方法的流程图；
图3为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图；
图4为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图；
图5为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的一部分的示意图；
图6A～6B为根据本公开一实施例绘示的一种重叠面积的计算方法的示意图；
图7为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图；以及
图8为根据本公开一实施例绘示的一种热源镜射技术以补偿芯片的边界温度的示意图。
【符号说明】
100：温度估算装置
10：温度模型产生器
20：温度梯度计算器
30：热感知分析器
210～230：步骤
Q、Q’、BQ、NA～ND、GA～GD：中心点
O：观测点
A：面积
d：距离
w：网格宽度
r：边长
I1～I16：网格
BK0～BK3、BKn：电路模块
CH：芯片
LT：中心轴
V1～V8：虚拟热源
L1～L4：轴线
具体实施方式
请参阅图1～2，图1为根据本公开一实施例绘示的一种温度估算装置100的示意图。图2为根据本公开一实施例绘示的一种温度估算方法的流程图。于一实施例中，温度估算装置100适用于协助调整一芯片的设计，使芯片系统温度表现符合设计者的需求。温度估算装置100包括温度模型产生器10、温度梯度计算器20及热感知分析器30。于一实施例中，温度模型产生器10电性耦接于温度梯度计算器20，温度梯度计算器20电性耦接于热感知分析器30。于一实施例中，温度估算装置100可以是平板计算机、笔记本电脑、服务器或其他具有计算功能的装置，温度模型产生器10、温度梯度计算器20及热感知分析器30可以分别或合并被实施为微控制单元(microcontroller)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor)、特殊应用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)或一逻辑电路。
于一实施例中，图2所述的温度估算方法可以由执行位于一非瞬时计算机可读取储存媒体中的程序实现，温度模型产生器10、温度梯度计算器20及热感知分析器30可以是程序中的部分程序代码。储存媒体可以是一内存、一硬盘、一记忆卡或远程联机的存取装置。
于步骤210中，温度模型产生器10用以依据一电路模块BK1的一初始功耗、一初始面积及一初始坐标以产生一温度模型；其中，温度模型用以描述电路模块BK1的初始面积、初始坐标和初始功耗初始坐标相对一芯片系统温度的关系。
于一实施例中，温度模型产生器10会先产生芯片系统温度相对于电路模块BK1面积、功耗、和坐标的方程式：Tem＝f(P，A，Lx，Ly)，其中符号Tem为芯片系统温度，符号P为功耗，符号f为温度表示函式，符号A为面积，符号Lx为电路模块BK1的X坐标，符号Ly为电路模块BK1的Y坐标。在此时，面积、功耗和坐标值都是以变量形式存在。
于步骤220中，温度梯度计算器20用以将电路模块BK1的一测试面积、一测试功耗或一测试坐标的其中至少一者以变量形式代入温度模型中以估算对应的一温度评估函式。举例而言，将功耗P保留来寻求功耗优化，而将面积和坐标值代进去，所以会求得Tem＝f(P)。
接下来梯度产生器20根据用户对于温度的希望规格去产生梯度函式。温度评估函式的建立概念为将芯片系统温度(Tem)对目标温度相减后取平方项，此用意是在于建立芯片系统温度和目标温度差值的绝对值(取平方项)衡量。若是能针对温度评估函式中的变数找到一数值，可使该温度差平方项值越小，就表示各温度成份和目标温度的差距越小，表示越接近目标温度，则该数值即为该变数的优化设计参数。
请参阅图3，图3为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图。芯片CH以网格(grid)为单位做切割，将芯片的长宽依据固定大小作切割。于一实施例中，为求方便说明，将芯片CH中原始切割的每一方格皆称为网格，例如为网格I1～I4，此外，芯片CH上可具有至少一电路模块(block)，例如为电路模块BK0。
于一实施例中，温度模型产生器10依据电路模块BK0的初始坐标，以判断电路模块BK0所占用的网格中(即芯片CH中原始切割的每一方格)的至少一网格(例如网格I1～I4)。
如图3所示，正方形的电路模块BK0的中心点Q坐标为(6，6)，且其四个顶点NA～ND分别位于坐标(5，5)、(7，5)、(7，7)、(5、7)，为了利于说明，在此实施例中，此四个顶点NA～ND分别位于网格I1～I4的中心。然而，图3仅为一实施例，电路模块BK0的各顶点位置不限于此。
由于电路模块BK0在运作时会有功耗消耗，此功耗消耗会对芯片上的所有网格都造成温度变化的影响，因此，温度模型产生器10可计算电路模块BK0对于一观测点O所产生的温度评估函式。以下详述温度评估函式的计算方式。
于一实施例中，温度模型产生器10可算出电路模块BK0占用网格I1～I4各自1/4的初始面积(实际上温度模型在计算面积时用的是钟形曲线，此实施例为易于说明的举例，关于钟形曲线的实施方式将于后述说明)，接着，将电路模块BK0的总功耗乘以电路模块BK0于各网格的重叠面积对应电路模块BK0初始面积的比例以得到电路模块BK0分布在各网格中的初始功耗为P/4，换言之，电路模块BK0在每个网格I1～I4中所耗用的初始功耗皆为P/4。
于一实施例中，温度模型产生器10计算电路模块BK0所占用的每个网格I1～I4的中心至观测点O各自对应的距离，并依据距离算出每个网格I1～I4至观测点O各自对应的温升率。例如，将电路模块BK0的网格I1～I4的中心点NA～ND的坐标(5，5)、(7，5)、(7，7)、(5、7)分别代入一温升率模型，此温升率模型为：
Tx＝-a*ln(OX)+b
其中，Tx为网格x对于观测点(例如为观测点O)所贡献的温升率，于一实施例中，距离OX表示网格的中心点X与观测点O之间的距离，例如可以分别将网格I1～I4的中心NA～ND的坐标代入X作计算，例如，距离OA则表示网格的中心点A与观测点O之间的距离，此外，参数a、b分别为一常数，于一实施例中，参数a可以设为100，参数b可设为300。据此，可算出电路模块BK0的四个顶点NA～ND的对于观测点O所贡献的温升率TA、TB、TC、TD分别为：
接着，温度模型产生器10将每个网格I1～I4至观测点O各自对应的温升率TA、TB、TC、TD与各自对应的每个网格I1～I4各自所占的初始功耗相乘(分别以符号NA、PB、PC、ND以表示，且皆为P/4)，以得到每个网格各自的一温度评估函式，并将每个网格I1～I4各自的温度评估函式相加，以算出电路模块BK0对于观测点O所产生的一温度评估函式。于此例中，温度评估函式如下：
TAPA+TBPB+TCPC+TDPD＝PW/4(126.8+102.4+86.2+102.4)＝104.45×PW
从而，可计算出电路模块BK0在运行时的功耗消耗为P，对于观测点O所产生的温度评估函式。
然而，本公开并不限于此，于一些实施例中，电路模块BK0的范围仍涵盖到每个网格I1～I4内的至少一部分，电路模块BK0四个顶点A～D不位于网格I1～I4的中心，仍可利用网格I1～I4的上述中心点坐标进行计算，以利于计算。
接着，请一并参阅图4、5、6A～6B，图4为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图。图5为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的一部分的示意图。图6A～6B为根据本公开一实施例绘示的一种重叠面积的计算方法的示意图。于图3所对应的实施例中，其为了利于理解，而将电路模块BK0其四顶点坐标举例为位于四个网格I1～I4的中心坐标，电路模块BK0位于四个网格I1～I4上的面积各自占电路模块BK0总面积的1/4。而，图4、5、6A～6B所对应的以下实施例用以完整的计算电路模块BK1～BK3于网格I7～I12的上的重叠面积。
于一些实施例中，如图4所示，网格I5～I9上包含多个电路模块BK1～BK2。于一些实施例中，这些电路模块BK1～BK2可能在网格I5～I9上重叠或并排，其中，本公开「重叠」的用语代表单一网格上包含有多个电组模块存在，例如于图4的例子中，网格I8中包含部分的电路模块BK1及部分的电路模块BK2。
于一实施例中，如图4所示，将电路模块BK1、BK2为单位描述的功耗分布转换成以网格I5～I9为单位描述的功耗分布。计算方式为，将电路模块(例如为电路模块BK1)与各网格(例如为网格I8)的重叠面积乘上电路模块BK1的功耗，即可求得电路模块BK1在网格I8的分布功耗。以图4为例，假设电路模块BK1的功耗为P1，电路模块BK2的功耗为P2，电路模块BK1和网格I5～I8都有重叠，电路模块BK1和每个网格I5～I8重叠面积各自占电路模块BK1总面积的1/4，因此电路模块BK1在每个网格I5～I9中各贡献了P1/4的功耗；电路模块BK2和网格I8、I9有重叠，重叠面积分别占电路模块BK2总面积的1/5和4/5，故电路模块BK2在网格I8、I9分别贡献了P2/5和P2*4/5的功耗。因此，在描述电路功耗分布时，网格I5～I9之外的网格功耗为0，网格I5～I7功耗为P1/4.网格I8功耗为P1/4+P2/5，网格I9功耗为P2*4/5。
在计算重叠面积方面，其算法为，电路模块BK1与各网格的x方向重叠长度乘上电路模块BK1与各网格的y方向重叠长度。为了使其函式化，将电路模块BK1与各网格的中心点水平或垂直距离与水平方向或垂直方向重叠长度百分比列出在图6A中，于一实施例中，请一并参照图5及6B，图5举出三种电组模块BK3与网格I10～I12重叠或并排情况的例子。于其横轴为d，表示的是电路模块BK1中心点坐标与网格中心点坐标的水平距离或垂直距离。其中，电路模块的宽度以符号r表示，网格宽度以符号w表示。当距离d小于(w-r)/2时，表示网格的水平或垂直方向完全与电路模块重叠，则水平或垂直方向重叠长度百分比为100％，当距离d大于(w+r)/2时，表示网格的水平或垂直方向完全与电路模块不重叠，则重叠长度百分比为0％，当距离d介于(w+r)/2或(w-r)/2时，重叠长度百分比随着距离d增大而由100％递减至0％。
如图5所示，其举出网格CS1～CS3相对于电路模块BK3摆放的三种例子，其中，电路模块BK3的宽度以符号r表示，网格宽度以符号w表示(于以下实施例中，将网格宽度w假设为2)，电路模块BK3中心点BQ的X轴以中心轴LT表示。此些例子可各别实施，且本公开不限于此。此外，图5是以X轴为中心轴LT作为举例说明，于实际应用中，亦可结合或单独采用Y轴为中心轴实现。
于一例中，网格I10部分重叠于电路模块BK3，网格I10的中心点以符号Q表示，假设网格I10的中心点Q位于电路模块BK3的边长r的范围内且与中心轴LT的距离为d。于此例中，距离d小于边长r与网格宽度w差值的一半(r/2-w/2)，将重叠百分比的计算方式视为1-2d2/r2，因此，当边长r为10，距离d为3时，重叠百分比为1-2d2/r2＝82％。
于另一例中，网格I11部分重叠于电路模块BK3，网格I11的中心点以符号Q表示，假设网格I11的中心点Q位于电路模块BK3的边长r的范围外且与中心轴LT的距离为d。于此例中，距离d介于边长r与网格宽度w差值的一半(r/2-w/2)和边长r与网格宽度w总和的一半(r/2+w/2)之间，将重叠百分比的计算方式视为2(r-d)2/r2，因此，当边长r为10，距离d为5时，重叠百分比为2(r-d)2/r2＝50％。
于又一例中，网格I12不重叠于电路模块BK3，网格I12的中心点以符号Q表示，假设网格I12的中心点Q位于电路模块BK3的边长r的范围外且与中心轴LT的距离为d。于此例中，距离d大于边长r与网格宽度w总和的一半(r/2+w/2)，将重叠百分比的设为0，故重叠百分比为0％。
由于本公开实施例可通过一用以将电路模块坐标和温度相关联的可微分关系式，以使可对芯片设计参数作调整。于一实施例中，图6A所示的函式关系与图3～5的电路模块BK0～BK3与各网格的中心点距离与重叠长度百分比的可具有对应关系。然图6A中，当距离d为(w+r)/2和距离d为(w-r)/2时，其函式可能产生较不易微分的情境。因此，本公开一实施例可进一步采用图6B所示的钟形曲线函数以替代图6A的函式，来计算重叠面积。
于一实施例中，温度模型产生器10通过钟形函数以计算各电组模块(如电路模块BK3)与各网格(例如为网格I10～I12)的重叠面积，其中，钟形函数用以描述水平或垂直距离重叠率，各网格I10～I12与电组模块BK3的重叠面积可由各网格I10～I12的网格面积乘以水平重叠率及垂直重叠率得知，且钟形函数具有可微分性。其中，水平重叠率乘上垂直重叠率等于面积重叠率。
而于图6A中，其绘示了一种重叠面积比的计算方式的函数示意图；然而，图6A中的曲线在距离d为(w+r)/2和(w-r/2处不连续，所以可能产生较不易微分的情境，为了使重叠面积的计算具有连续性且可微分，如图6B实施例所示，其绘示了通过图5所示的三种情况所呈现的钟形函数曲线示意图，使其具有可微分性。以下描述在多种情况下，可定义钟形函数应用于计算重叠面积的方法。
由上述图5的实施例可得知计算重叠百分比的方法。
请再参照图4，于一实施例中，当网格I8包含括电路模块BK1的部分及电路模块BK2的部分时，可通过将电路模块BK1位于网格I8中的面积乘上电路模块BK1的功耗加上电路模块BK2位于网格I8中的面积乘上电路模块BK2的功耗，以求出网格I8上的总功耗。其余网格上的总功耗亦以此方式计算，此处不赘述。
通过上述方式，由于已求出各网格所含功耗，所以温度评估函式即可提供加总各网格所含功耗对芯片所有网格造成的温度影响所求得。
例如，总功耗将网格I8上的总功耗与网格I8至观测点O所对应的温升率相乘，以得到网格I8总功耗对于观测点O所造成的温度评估函式。
通过上述可知，本公开一实施例中，温度模型的建立方式可先将以电路模块为单位描述的功耗、面积、和坐标位置转换成以网格为单位描述的功耗、面积、和坐标位置，最后再以各网格为单位，根据观测点网格对应热源网格之间的距离和热源网格中的热源对观测网格会造成温度影响的关系式来建出最后的温度模型。从而，温度模型产生器10产生可估算各电路模块的面积、功耗、和坐标对芯片系统温度影响的温度模型其中，此温度模型可以是具有可微分性的表达式，当建构完温度模型后，则进入步骤220。
于一实施例中，步骤220中所述的电路模块可以是指电路模块(如图3所示的BK0、图4所示的BK1～2、图5所示的BK3)或其他待测电路模块，换言之，于步骤220中，温度梯度计算器20可将待测电路模块的已知信息或用户默认的信息代入温度模型中，以取得未知信息或用户欲得知的信息，例如将测试功耗及测试坐标代入温度模型中，以估算得对应温度评估函式。
于步骤230中，热感知分析器30用以将温度评估函式进行微分，当温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，则输出造成所述微分结果的一常数为一优化参数。于一实施例中，热感知分析器30输出优化参数，使得可依据优化参数调整一芯片中电路模块的功耗、面积或布局的其中至少一者。
请参阅图7，图7为根据本公开一实施例绘示的一种芯片布局的示意图。于图7实施例中，电路模块BKn为待测电路模块，其代表当前是针对此电路模块BKn的数据进行运算，以找到此电路模块BKn的最佳位置(布局)，温度梯度计算器20可接收关于电路模块BKn的部分数据，以估算一温度评估函式。
于图7实施例中，电路模块BKn为一正方形的待测电路模块，假设电路模块BKn的面积表示为符号A(假设初始值为12.25)，边长r表示为(假设初始值为3.5)，功耗表示为符号P，功耗密度(power density)为P/A，网格宽度w为2，中心点坐标Q(Sx，Sy)为(5.75，3.75)。于以下实施例中，将电路模块BKn中心点坐标Q与各网格I13～I15各自的中心点GA～GD坐标的重叠距离(长度)以距离d表示。
于此例中，对于网格I13而言，x方向的重叠距离(长度)d为5.75-5＝0.75，网格宽度w为2，边长r为4，由于距离d符合以下式子：d＜(r-w)/2；因此，基于图6B所示的钟形函数曲线，电路模块BKn于网格I13上的x方向的重叠距离(长度)d为w*2[1-2d2/r2)]，其中，电路模块BKn的x坐标为Sx，网格I13的x坐标为5，重叠距离(长度)d为Sx-5，x方向的重叠距离(长度)d为w*2[1-2d2/r2)]＝w*[1-2(Sx-5)2/r)]。同理，网格I13的y方向的重叠距离(长度)d为3.75-3＝0.75，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：d＜(r-w)/2；基于图6B所示的钟形函数曲线可知，电路模块BKn于网格I13上的y方向的重叠距离(长度)d为w*2[1-2d2/r2]＝w*2[1-2(Sy-3)2/r]。因此，电路模块BKn在网格I13上的分布功耗为：
P/A*w*[1-2(Sx-5)2/r)]*w*2[1-2(Sy-3)2/r]
网格I13对于网格O(1，1)所造成的温度评估函式TGΔ为：
于此例中，对于网格I14而言，x方向的重叠距离(长度)d为5.75-5＝0.75，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：d＜(r-w)/2；因此，基于图6B所示的钟形函数曲线，电路模块BKn于网格I14上的x方向的重叠距离(长度)d为w*[1-2d2/r2]＝w*[1-2(5-Sx)2/r2]。同理，网格I14的y方向的重叠距离(长度)d为5-3.75＝1.25，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：(r-w)/2＜d＜(w+r)/2；基于图6B所示的钟形函数曲线可知，电路模块BKn于网格I14上的y方向的重叠距离(长度)d为w*2(r-d)2/r2＝w*2[r-(5-Sy)]2/r2。因此，电路模块BKn在网格I14上的分布功耗为：
P/A*[w*[1-2(5-Sx)2/r2]]*[w*2[r-(5-Sy)]2/r2]
网格I14对于网格O(1，1)所造成的温度评估函式TGB为：
于此例中，对于网格I15而言，x方向的重叠距离(长度)d为7-5.75＝1.25，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：(r-w)/2＜d＜(w+r)/2；因此，基于图6B所示的钟形函数曲线，电路模块BKn于网格I15上的x方向的重叠距离(长度)d为w*2(r-d)2/r2＝w*2[r-(7-Sx)]2/r2。同理，网格I15的y方向的重叠距离(长度)d为7-5.75＝1.25，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：(r-w)/2＜d＜(w+r)/2；基于图6B所示的钟形函数曲线可知，电路模块BKn于网格I15上的y方向的重叠距离(长度)d为w*2(r-d)2/r2＝w*2[r-(7-Sy)]2/r2。因此，电路模块BKn在网格I15上的分布功耗为：
P/A*[w*2[r-(7-Sx)]2/r2]*[w*2[r-(7-Sy)]2/r2]，网格C对于网格O(1，1)所造成的温度评估函式TGC为：
于此例中，对于网格I16而言，x方向的重叠距离(长度)d为7-5.75＝1.25，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：(r-w)/2＜d＜(w+r)/2；因此，基于图6B所示的钟形函数曲线，电路模块BKn于网格I16上的x方向的重叠距离(长度)d为w*2(r-d)2/r2＝w*2[r-(7-Sy)]2/r2。网格D的y方向的重叠距离(长度)d为3.75-3＝0.75，网格宽度w为2，边长r为4，由于重叠距离(长度)d符合以下式子：d＜(r～w)/2；基于图6B所示的钟形函数曲线可知，电路模块BKn于网格I16上的y方向的重叠距离(长度)d为w*[1-2d2/r2]＝w*[1-2(Sy-3)2/r]。因此，电路模块BKn在网格I16上的分布功耗为：P/A*w*2[r-(7-Sy)]2/r2]*w*[1-2(Sy-3)2/r]，网格I16对于网格O(1，1)所造成的温度评估函式TGD为：
由上述计算方式，温度梯度计算器20算出温度评估函式TGA、TGB、TGC、TGD，而电路模块BKn对网格O点所造成的温度评估函式Ttotal为将温度评估函式TGA、TGB、TGC、TGD相加后的总和，若以数学表达式表示温度评估函式Ttotal为：Ttotal(P，A，Sx，Sy)＝TGA、TGB、TGC、TGD。
于一实施例中，假设在电路模块BKn功耗和坐标不变的情况下，欲求得电路模块BKn最佳面积大小，使电路模块BKn对网格O造成的温升值最小，则代表目前待求得最佳的面积A值，使温度评估函式Ttotal(A)的值为最小。由于变量只有面积A，功耗P和x坐标Sx及y坐标Sy不变，则令功耗P为100，x坐标为Sx＝5.75，y坐标为Sy＝3.75，将此些信息代入温度评估函式Ttotal后，可得边长r为网格宽度w为2，且温度评估函式Ttotal最后会变成只有包含面积A的函式，其数学表达式为：Ttotal＝m0+m1*A-2+m2*A-1.5+m3*A-1+m4*A-0.5+m5*A0.5+m6*A+m7*A1.5+m8*A2。其中，符号m0～m8是各变量的系数，例如功耗P是变数时，功耗P的系数为104.45PW，面积A的幂次总共只有8种情况，以数学表达式分别可表示为：A-2、A-1.5、A-1、A-0.5、A0.5、A、A1.5、A2。
接着，热感知分析器30将温度评估函式Ttotal对面积A微分，可得：
针对此微分式求面积A值使得该微分式值为0或是绝对值最小值，则此面积A值即为最理想值。
上述为针对单变量面积A的情况，可得知如何设计电路模块BKn的面积A，使得电路模块BKn对芯片温度影响最小。此外，上述方法也可套用在功耗P、x坐标Sx、y坐标Sy上，只要在温度评估函式Ttotal中保留想要作优化的变量，将其他变量以数值代入温度评估函式Ttotal，使得温度评估函式Ttotal中的变量只保留想作优化的变量，接下来将温度评估函式Ttotal对此变数作最微分，求可使微分式值为0或是绝对值最小的变量值，即为此变量的最佳值。
于一实施例中，亦可以对多个变量进行运算，以求得多个变数的最佳值，从而调整芯片的设计。例如设定某一电路模块的坐标位置和面积，以求出功耗的最佳值。
于一实施例中，温度模型产生器10通过一热源镜射技术以补偿芯片的一边界温度。
请参阅图8，图8为根据本公开一实施例绘示的一种热源镜射技术以补偿芯片的边界温度的示意图。由于芯片侧边面积远小于上下面积，造成主要散热途径由上下传导，侧边几乎没有热流通过，且通过温升率模型较不易准确描述靠近水平边界的温度，因此本公开一实施例更可应用热源镜射技术以补偿芯片的边界温度。例如，于图8中，温度模型产生器10依据电路模块BKn的周边增加8个虚拟热源V1～V8。于一实施例中，虚拟热源V1是将电路模块BKn的热源沿着轴线L2作镜射以产生，虚拟热源V2是将虚拟热源V1的热源沿着轴线L3作镜射以产生，虚拟热源V3是将电路模块BKn的热源沿着轴线L3作镜射以产生，虚拟热源V4是将虚拟热源V3的热源沿着轴线L1作镜射以产生，虚拟热源V5是将电路模块BKn的热源沿着轴线L1作镜射以产生，虚拟热源V6是将虚拟热源V5的热源沿着轴线L4作镜射以产生，虚拟热源V7是将电路模块BKn的热源沿着轴线L4作镜射以产生，虚拟热源V8是将虚拟热源V7的热源沿着轴线L4作镜射以产生。然而，虚拟热源V1～V8的产生方法并不仅限于此。从而，当温度模型产生器10在进行与温度相关的计算时，通过在电路模块BKn边界外等距离的地方，新增一个镜射热源，可以将绝热边界的温度补偿回来。
通过上述温度估算装置及温度估算方法可支持系统层级的芯片布局，在芯片布局时可更考虑到温度的效应，通过将预设或已知的参数输入温度模型，以产生仿真结果，取得优化参数，依据优化参数以调整芯片设计，以避免芯片温度过高。此外，本公开应用热源镜射技术以补偿芯片的边界温度，以提高温度估算的精确度。本公开实施例所提供的温度估算装置及温度估算方法可适用于协助调整一芯片中电路模块的功耗、面积及/或布局，以使芯片系统温度表现符合设计者的需求。
虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本公开的保护范围应当视权利要求所界定的范围为准。
Claims (22)
1.一种温度估算装置，该温度估算装置包括：
温度模型产生器，用以依据电路模块的初始功耗、初始面积及初始坐标以产生温度模型；其中，该温度模型用以描述该电路模块的该初始功耗、该初始面积和该初始坐标相对芯片系统温度的关系；
一温度梯度计算器，用以将该电路模块的测试面积、测试功耗或一测试坐标的其中至少一者代入该温度模型中，以估算对应的温度评估函式；以及
热感知分析器，用以将该温度评估函式进行微分，当该温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，输出造成所述微分结果的常数为优化参数。
2.如权利要求1所述的温度估算装置，其中该温度模型具有可微分性。
3.如权利要求1所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器依据该电路模块的该初始坐标，以判断该电路模块所占用至少一网格。
4.如权利要求3所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器将该电路模块的总功耗乘以该电路模块于每个该至少一网格的重叠面积对应该电路模块所占的该初始面积的比例，以得到该电路模块分布在每个该至少一网格中的该初始功耗。
5.如权利要求4所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器计算该电路模块所占用的每个该至少一网格的中心至观测点各自对应的距离，并依据该距离算出每个该至少一网格至该观测点各自对应的温升率。
6.如权利要求5所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器将每个该至少一网格至该观测点各自对应的该温升率与各自对应的每个该至少一网格各自所占的该初始功耗相乘，以得到每个该至少一网格各自的一网格温度评估函式，并将每个该至少一网格各自的该网格温度评估函式相加，以算出该电路模块对于该观测点所产生的该温度评估函式。
7.如权利要求6所述的温度估算装置，其中当该至少一网格包括第一网格，且该第一网格上包括有该电路模块的部分区块与另一电路模块的部分区块，则将该第一网格上的部分区块的该初始功耗与该第一网格上的另一电路模块的部分区块的另一功耗相加，以算出该第一网格上的总功耗，并将该总功耗与该第一网格至该观测点所对应的该温升率相乘，以得到该第一网格的该总功耗对于该观测点所造成的该网格温度评估函式。
8.如权利要求7所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器通过钟形函数以计算该第一网格上的重叠面积，且该钟形函数具有可微分性。
9.如权利要求1所述的温度估算装置，其中该温度模型产生器通过热源镜射技术以补偿该芯片的边界温度。
10.如权利要求1所述的温度估算装置，其中该温度梯度计算器将该测试面积、该测试功耗或该测试坐标的其中至少一者以变量形式代入该温度模型中以估算对应的该温度评估函式。
11.如权利要求1所述的温度估算装置，其中该热感知分析器输出该优化参数，以调整芯片中该电路模块的功耗、面积或布局的其中至少一者。
12.一种温度估算方法，包括：
依据电路模块的初始功耗、初始面积及初始坐标以产生温度模型；其中，该温度模型用以描述该电路模块的该初始功耗、该初始面积和该初始坐标相对芯片系统温度的关系；
将该电路模块的测试面积、测试功耗或测试坐标的其中至少一者代入该温度模型中，以估算对应的温度评估函式；以及
将该温度评估函式进行微分，当该温度评估函式的微分结果的绝对值最接近零或为零时，输出造成该微分结果的常数为优化参数。
13.如权利要求12所述的温度估算方法，其中该温度模型具有可微分性。
14.如权利要求12所述的温度估算方法，更包括：
依据该电路模块的该初始坐标，以判断该电路模块所占用的至少一网格。
15.如权利要求14所述的温度估算方法，更包括：
将该电路模块的总功耗乘以该电路模块于每个该至少一网格的重叠面积对应该电路模块所占的该初始面积的比例，以得到该电路模块分布在每个该至少一网格中的该初始功耗。
16.如权利要求15所述的温度估算方法，还包括，
计算该电路模块所占位置的每个该至少一网格的中心至观测点各自对应的距离，并依据该距离算出每个该至少一网格至该观测点各自对应的温升率。
17.如权利要求16所述的温度估算方法，还包括：
将每个该至少一网格至该观测点各自对应的该温升率与各自对应的每个该至少一网格各自所占的该初始功耗相乘，以得到每个该至少一网格各自的该温度评估函式，并将每个该至少一网格各自的该温度评估函式相加，以算出该电路模块对于该观测点所产生的该温度评估函式。
18.如权利要求17所述的温度估算方法，还包括：
当该至少一网格包括第一网格，且该第一网格上包括有该电路模块的部分区块与另一电路模块的部分区块，则将该第一网格上的部分区块的该初始功耗与该第一网格上的另一电路模块的部分区块的另一功耗相加，以算出该第一网格上的总功耗，并将该总功耗与该第一网格至该观测点所对应的该温升率相乘，以得到该第一网格的该总功耗对于该观测点所造成的该网格温度评估函式。
19.如权利要求18所述的温度估算方法，还包括：
通过一钟形函数以计算该第一网格上的重叠面积，且该钟形函数具有可微分性。
20.如权利要求12所述的温度估算方法，还包括：
通过热源镜射技术以补偿芯片的边界温度。
21.如权利要求12所述的温度估算方法，还包括：
将该测试面积、该测试功耗或该测试坐标的其中至少一者以变量形式代入该温度模型中以估算对应的该温度评估函式。
22.如权利要求12所述的温度估算方法，还包括：
输出该优化参数，以调整芯片中该电路模块的功耗、面积或布局的其中至少一者。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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