众核芯片分布式热建模与热管理技术研究

为了解决众核芯片热可靠性问题,众核芯片热建模与热管理技术的研究日趋活跃。相较于核心数目较少的芯片,众核芯片热管理技术的难点在于芯片热模型尺寸大导致的热管理开销过大。本文以众核芯片以分布式热建模与热管理技术作为研究课题。在众核热管理的各个阶段中,重点研究了众核芯片分布式热模型的搭建方法和用于热管理的分布式模型预测控制方法。主要内容包含以下三个方面。在分布式热建模中,本文针对分布式热建模处理局部模块之间的热交换的难点,提出了边界缓冲层设计和边界等效热源的双重解决办法,并实际应用到分布式热建模中去。在对芯片热系统封装建模中,本文以传统集总式热建模的架构为依据,结合HotSpot紧凑型热建模的思想,保持芯片封装主要散热路径畅通的同时减小了模型尺寸。最后对分布式热模型的验证方法和其在热管理中的应用进行了说明。在分布式模型预测控制中,对分布式模型预测控制设计的难点进行了研究,得出了局部模块控制器必须知道相邻核心温度和相邻模块未来控制策略的结论。针对这两个难点,本文采用了考虑相邻核心温度的、新提出的分布式热模型,并且运用了迭代算法计算出了相邻模块预测温度以作为相邻模块未来控制策略的信息。最后把上述两个措施应用在分布式模型预测控制中,展现为分布式模型预测控制新的状态空间方程。最后对本文提出的众核芯片分布式热建模和分布式模型预测控制进行实验验证。通过和现有的基于众核芯片的分布式热建模和分布式模型预测控制方案进行对比。实验结果充分说明本文提出的分布式热模型的搭建方法有效地减小了众核芯片的热模型尺寸,且采用本文方法搭建的分布式热模型具有较高的精度,同时新方法支持局部模块的多种划分方式,因而还具有一定的灵活性;对分布式模型预测控制方法的验证结果说明,本文提出的分布式模型预测控制方法具有较高的控制精度和控制效果,能够为众核芯片分布式热管理提供准确的控制策略。