FPGA功耗模型建立與熱點分析.pdf

1、集成電路在規(guī)模、速度和工藝等方面的飛速發(fā)展，使其當(dāng)前面臨著前所未有的挑戰(zhàn)——芯片功耗和發(fā)熱帶來的可靠性問題。FPGA作為集成電路的主流產(chǎn)品之一，被廣泛用于對可靠性高度敏感的航空航天領(lǐng)域，同樣也面臨著功耗和發(fā)熱問題帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而且這一挑戰(zhàn)在FPGA中更加突出。為了有效解決這一問題，本文針對FPGA的功耗和熱點問題進(jìn)行了研究和探討。
　　首先，針對 FPGA的功耗問題，本文采用了分層策略對FPGA進(jìn)行功耗模型的建立，從而能夠有效評

2、估FPGA內(nèi)部資源模塊相應(yīng)的功耗數(shù)值的大小。功耗模型建立的具體方案如下：
　　1.采用分層策略對FPGA內(nèi)部資源進(jìn)行模塊劃分，得到功耗模型建立的基本單元；
　　2.對每個基本單元進(jìn)行功耗模型的建立。模型建立的重點在于提取基本單元的功耗與功耗影響因子間的函數(shù)關(guān)系，本文在提取功耗與功耗影響因子間的函數(shù)關(guān)系時采用了三種不同算法，分別是線性降維擬合算法、非線性降維擬合算法和回歸算法，并分析了這三種算法各自的優(yōu)缺點以及適用條件，從而在

3、不同基本單元的功耗模型建立時能夠有針對性的選擇相應(yīng)的算法，兼顧建模的精度和效率問題；
　　3.基于STM32搭建硬件驗證系統(tǒng)，用于功耗模型的驗證和修正，提高模型的精確度。
　　其次，針對FPGA的熱點問題，本文介紹了一種RC網(wǎng)絡(luò)熱模型，該模型基于熱電對偶原理，以熱阻類比電路中的電阻，熱容類比電容，芯片周圍的大氣環(huán)境類比地，發(fā)熱功能部件類比電流源，溫度差類比電路中兩點間的電壓，將熱學(xué)問題巧妙地轉(zhuǎn)化為電學(xué)問題進(jìn)行處理，從而能夠準(zhǔn)

4、確且快速的計算芯片的溫度值，采用溫度分布圖像表征芯片上各節(jié)點處的溫度，進(jìn)一步鎖定芯片上可能的熱點；基于這一原理，本文提供了基于FPGA芯片實現(xiàn)的兩個功能電路，作為熱分析的實例，針對這兩個實例展開了以下幾點工作：
　　1.詳細(xì)介紹了對具體功能電路進(jìn)行熱分析的步驟；
　　2.采用HotSpot平臺對功能電路進(jìn)行溫度計算和仿真，實現(xiàn)了對芯片裸片及封裝組件的靜態(tài)和動態(tài)溫度分布情況的仿真分析；
　　3.從仿真結(jié)果出發(fā)，研究了在H