【摘 要】
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随着系统级封装技术及制作工艺的不断发展,封装结构的集成密度急剧增加,对集成电路热问题进行数值分析计算量也越来越大。相应地,串行计算变得也越来越困难。与此同时,多核计
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随着系统级封装技术及制作工艺的不断发展,封装结构的集成密度急剧增加,对集成电路热问题进行数值分析计算量也越来越大。相应地,串行计算变得也越来越困难。与此同时,多核计算机和通用计算图形处理器正在快速发展,并行计算逐步成为主流计算方式,研究三维封装结构热仿真的并行算法对提高仿真效率和减少计算资源浪费具有重要意义和作用。本文围绕系统级封装的快速热仿真,研究了两种热仿真分析算法的并行计算,并开发了一款电热仿真平台。本文首先研究了交替方向隐式(Alternating Direction Implicit,ADI)算法在多核CPU计算机上的并行实现,求解了模型的瞬态热响应,并将结果分别与商业软件以及串行算法结果进行比较,验证了并行算法的准确性与高效性。在此基础上,我们将该并行算法拓展到GPU设备上,引入循环约化(Cyclic Reduction,CR)算法,并对算法进行优化使之适用于GPU并行计算模型,通过对集成封装结构的热仿真,基于GPU的并行ADI算法相比较串行算法速度提升20倍左右。最后,为了仿真复杂结构模型,本文引入有限单元算法(Finite Element Method,FEM),对耗时最多的预处理共轭梯度(Preconditioned Conjugate Gradients,PCG)算法并行化进行了研究,实现了基于GPU的并行PCG算法。基于该算法和商业软件HFSS开发了电热仿真平台,适用于工程应用。
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