基于数字微流控的芯片冷却模型与路径优化 -- 西北工业大学学报,2019,37(1):107-113
论文:2019,Vol:37,Issue(1):107-113
引用本文:
王少熙, 阴玥, 樊晓桠. 基于数字微流控的芯片冷却模型与路径优化[J]. 西北工业大学学报
WANG Shaoxi, YIN Yue, FAN Xiaoya. The Chip Cooling Model and Route Optimization with Digital Microfluidics[J]. Northwestern polytechnical university

基于数字微流控的芯片冷却模型与路径优化
王少熙, 阴玥, 樊晓桠
西北工业大学 软件与微电子学院, 陕西 西安 710072
摘要:
使用微流控技术实现集成芯片冷却被认为是扩展摩尔定律生命力的一个方向。高密度热点的散热是制约芯片三维集成的瓶颈。热点通常具有不稳定的空间和时间分布性,是影响电子系统工作性能和导致故障的主要原因,如何针对热点准确冷却成为芯片热管理的关键。基于介电润湿原理,采用数字滴液微流控技术,提出芯片热点自适应冷却方法。构建双平面热点冷却器件的三维模型,分析了冷却热点的工作原理及特性;构建了单平面热点冷却器件的电容模型,并从电学角度深入分析了它的工作原理;设计了一种具有互锁齿结构的电极,从而保证了液滴的连续运动,针对热点动态分布提出滴液路径优化冷却,最后采用蚁群算法验证2个液滴遍历所有可能热点的最短路径。
关键词:    微流控    冷却    优化    路径分析    模型   
The Chip Cooling Model and Route Optimization with Digital Microfluidics
WANG Shaoxi, YIN Yue, FAN Xiaoya
School of Software and Microelectronics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
Abstract:
Using microfluidic technology to achieve integrated chip cooling is becoming a promising method to extend Moore law effective period. The thermal management is always critical for 3D integrated circuit design. Hot spots due to spatially non-uniform heat flux in integrated circuits can cause physical stress that further reduces reliability. The critical point for chip cooling is to use microfluidic cooling accurately on the hot spots. First, based on electro-wetting on dielectric, the paper presents an adaptive chip cooling technique using the digital microfluidics. Then, a two-plans 3D chip cooling model has been given with its working principle and characteristics. And single plan chip cooling model is presented, including its capacitance performance and models. Moreover, the dentate electrode is designed to achieve droplet continuing movement. Next, the ant colony optimization is adopted to get optimal route during electrode moving. Last, the experiments demonstrate the adaptive chip cooling technique proposed in this paper is effective and efficiency.
Key words:    microfluidics    chip cooling    model    route analysis    ant colony optimization    electro-wetting   
收稿日期: 2018-02-26     修回日期:
DOI: 10.1051/jnwpu/20193710107
基金项目: 陕西省工业科技攻关(2016GY-091)及西安市科技创新引导项目(201805042YD20CG2612)资助
通讯作者:     Email:
作者简介: 王少熙(1981-),西北工业大学副教授,主要从事生物微电子及可靠性算法研究。
相关功能
PDF(1536KB) Free
打印本文
把本文推荐给朋友
作者相关文章
王少熙  在本刊中的所有文章
阴玥  在本刊中的所有文章
樊晓桠  在本刊中的所有文章

参考文献:
[1] EMMA P G, KURSUN E. Is 3D Chip Technology the Next Growth Engine for Performance Improvement?[J]. IBM Journal of Research & Development, 2008, 52(6):541-552
[2] WAN Z, WEN Y, JOSHI Y, et al. Enhancement in CMOS Chip Performance through Microfluidic Cooling[C]//International Workshop on Thermal Investigations of ICS and Systems, 2014:1-5
[3] WEN Y, WAN Z, HE X, et al. Active Fluidic Cooling on Energy Constrained System-on-Chip Systems[J]. IEEE Trans on Components Packaging & Manufacturing Technology, 2017, 7(11):1813-1822
[4] OH H, ZHANG Y, SARVEY T E, et al. High-Frequency Analysis of Embedded Microfluidic Cooling within 3-D ICs Using a TSV Testbed[C]//2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference, 2016:68-73
[5] DAW R, FINKELSTEIN J. Lab on a Chip[J]. Nature, 2006, 442(7101):367-367
[6] BINDIGANAVALE G S. Study of Hotspot Cooling for Integrated Circuits Using Electrowetting on Dielectric Digital Microfluidic System[D]. Gradworks, The University of Texas at Arlington, 2015
[7] PARK S Y, NAM Y. Single-Sided Digital Microfluidic (SDMF) Devices for Effective Coolant Delivery and Enhanced Two-Phase Cooling[J]. Micromachines, 2016, 8(1):3
[8] NÖHRING F. Traveling Salesman Problem[J]. Operations Research, 2007, 4(1):61-75
相关文献:
1.荆海霞, 王海燕, 刘郑国, 申晓红, 张之琛.基于主动时反的浅海目标DOA估计优化算法[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(2): 270-275
2.杨啟明, 徐建城, 田海宝, 吴勇.基于IMM的无人机在线路径规划决策建模[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(2): 323-331
3.冯蕴雯, 路成, 薛小锋, 刘雨昌.考虑维修比例的民机备件多级库存配置研究[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(3): 582-589
4.何衍儒, 宋保维, 曹永辉.翼身融合自主式水下航行器的多泡结构耐压舱分步优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(4): 664-670
5.吴盛豪, 廖达雄, 陈吉明, 陈钦, 裴海涛.基于样条曲线描述的超声速喷管型面优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(4): 785-791
6.周旺仪, 白俊强, 乔磊, 邱亚松, 刘睿, 沈广琛.变弯翼型与增升装置多目标气动优化设计研究[J]. 西北工业大学学报, 2018,36(1): 83-90
7.夏露, 张欣, 杨梅花, 米百刚.飞翼布局翼型气动隐身综合设计[J]. 西北工业大学学报, 2017,35(5): 821-826
8.罗淑娟, 白思俊, 郭云涛.决策者偏好交互项目组合选择模型及算法优化研究[J]. 西北工业大学学报, 2016,34(4): 724-730
9.郑炜, 曹立鑫, 李隆俊, 李宁.基于MPC编码方式的软件产品线配置优化算法研究[J]. 西北工业大学学报, 2016,34(1): 176-182
10.徐小野, 伊始克夫·谢尔盖, 法捷严科夫·巴维尔, 王长青.通过空间系绳系统返回载荷到地面的误差分析[J]. 西北工业大学学报, 2016,34(2): 294-298
11.宋保维, 王新晶, 王鹏.基于遗传算子采样的自适应代理优化算法[J]. 西北工业大学学报, 2016,34(4): 614-620
12.王科雷, 祝小平, 周洲, 许晓平.基于转捩模型的低雷诺数翼型优化设计研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(4): 580-587
13.范旭慧, 张捷, 马化斌.一类新型的光滑支持向量分类机[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 467-471
14.夏露, 张阳, 孙腾腾.基于寄生模型的粒子群算法在气动优化中的应用[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(2): 178-184
15.孙鹏程, 史耀耀, 辛红敏, 赵盼, 李志山.基于元结构的整体叶盘高效强力复合铣床立柱优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(2): 237-243
16.刘艳, 白俊强, 华俊, 刘南, 王波.基于StochasticKriging的柔性机翼稳健性优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(6): 906-912
17.刘俊, 宋文萍, 韩忠华, 王乐.梯度增强的Kriging模型与Kriging模型在优化设计中的比较研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(5): 819-826
18.赖林, 胡永红, 史忠科.基于车头间距与前车速度的改进优化速度模型[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 118-122
19.李大伟, 吕震宙, 张磊刚.基于优化样本点的双重Kriging模型的重要性测度求解方法[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(2): 201-205
20.贺尔铭, 胡亚琪, 张扬.基于TMD的海上浮动风力机结构振动控制研究[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(1): 55-61
21.粟华, 谷良贤, 龚春林.基于高拟真度模型的再入飞行器多学科优化[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 339-344
22.杜洪涛, 李战怀.基于数据价值的云存储动态备份一致性机制[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(6): 979-984
23.郭旺柳, 宋文萍, 许建华, 许瑞飞.旋翼桨尖气动/降噪综合优化设计研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(1): 73-79
24.李丁, 夏露.基于膜概念和Kriging模型混合优化算法的翼型设计[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(1): 80-87
25.苏进展, 方宗德, 蔡香伟.弧齿锥齿轮数字化齿面啮合仿真分析与试验[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(4): 565-569
26.聂瑞, 章卫国, 李广文, 刘小雄.基于时域Neal-Smith准则的人机控制系统设计多目标优化研究[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(2): 279-285
27.田薇, 孙秦, 范学领.某型飞机前起舱段结构几何刚度分布优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(6): 857-861