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2026年4月2日，美國國會兩黨議員聯(lián)手拋出了一份名為《硬件技術(shù)多邊協(xié)調(diào)管制法案》的草案。這份法案直接砍向了荷蘭ASML公司的命脈——它要求全面禁止向中國出口所有深紫外浸沒式光刻機(jī)，無論新舊型號，徹底堵死中國獲取成熟制程（14nm及以下）核心設(shè)備的通道。更絕的是，法案給了日本、荷蘭等盟友150天最后通牒，要求它們必須同步實(shí)施同等管制。

法案明確將中芯國際、長江存儲、長鑫存儲、華虹半導(dǎo)體、華為五家企業(yè)列為“受管制設(shè)施”，不僅禁止出口新設(shè)備，連現(xiàn)有設(shè)備的維修、校準(zhǔn)、軟件更新和技術(shù)支持都要一刀切斷。這意味著這些企業(yè)花數(shù)十億美元買來的生產(chǎn)線，一旦出現(xiàn)故障，可能就真的變成了一堆廢鐵。

另一個消息，菊廠ST950PR芯片，獲得世界級AI大廠批量采購的訂單，預(yù)計年出貨量75萬片。其中有一個重要原因是菊廠對標(biāo)CUDA，開發(fā)了CANN并升級到了CANN NEXT，且在去年完全開源，突破了CUDA框架兼容和算子適配的瓶頸。當(dāng)芯片的硬件實(shí)力能匹配客戶需求（單卡算力是英偉達(dá)H20的2.87倍，HBM容量112GB，比H20多16%，多模態(tài)生成速度提升60%），競爭力自然會體現(xiàn)出來（昨天咱大A整體大漲，特別是算力板卡表現(xiàn)優(yōu)異，也算是競爭力的一種體現(xiàn)吧）。

芯片設(shè)計完成后，還要經(jīng)過制造，封裝、部署，服務(wù)才能變成客戶需要的算力。因?yàn)橹瞥滔拗疲?50PR芯片采用的是芯片合封技術(shù)，即把多顆芯片拼成一顆來用，但拼的過程非常復(fù)雜，芯片之間需要高速通信，中間要堆疊HBM內(nèi)存顆粒，整個封裝體的散熱，信號完整性，良率控制，要求比傳統(tǒng)封裝高出好幾個量級，技術(shù)難度極高。常規(guī)數(shù)據(jù)表明，950PR的芯片功耗600W，比H20高了50%，運(yùn)行中對散熱要求顯著提升。

01

僅僅提升液冷的熱交換能力始終存在散熱瓶頸（請參考文章：液冷技術(shù)與方案評價），要想提高整體系統(tǒng)的性能，首先要對芯片做科學(xué)的熱設(shè)計。傳統(tǒng)的芯片熱設(shè)計方法依賴熱電偶與紅外熱成像，在現(xiàn)代高性能芯片（GPU/CPU/HBM）與先進(jìn)封裝、功率器件中存在明顯局限性，而比如T3Ster，CX等SISO的瞬態(tài)熱測試設(shè)備，在2.5D/3D、HBM、Chiplet、TSV等先進(jìn)封裝中，其一維、單熱源、線性、冷板邊界的核心假設(shè)與復(fù)雜三維熱場嚴(yán)重不匹配（請參考文章：先進(jìn)封裝的瞬態(tài)熱測試，等效熱導(dǎo)率提取及模型校準(zhǔn)），即使把SISO瞬態(tài)熱測試設(shè)備和紅外，熱電偶等多個工具組合使用，也無法全部滿足應(yīng)用的要求（實(shí)際工程中，這可能是主要解決方案）。

先進(jìn)封裝（2.5D/3D、Chiplet、HBM集成）的熱設(shè)計之所以極度復(fù)雜，本質(zhì)是因?yàn)椋簾嵩磸膯我黄矫孀優(yōu)槊芗Ⅲw多熱源耦合，熱路徑被大幅拉長并由大量低熱導(dǎo)界面組成，同時伴隨超高功耗密度、嚴(yán)苛溫度敏感器件（HBM）、多物理場強(qiáng)耦合、瞬態(tài)動態(tài)負(fù)載等多重約束疊加。必須對結(jié)溫進(jìn)行精確表征，在微小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度、多維度、全瞬態(tài)的熱管控，因此難度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)封裝，熱設(shè)計已成為核心挑戰(zhàn)。

鑒于先進(jìn)封裝多熱源強(qiáng)耦合，功率密度高以及極端的瞬態(tài)特性等工況的復(fù)雜性，工程實(shí)踐中，需要基于MIMO高精度瞬態(tài)測試和仿真的深度融合(請參考文章：先進(jìn)封裝的瞬態(tài)熱測試，等效熱導(dǎo)率提取及模型校準(zhǔn)），構(gòu)建先進(jìn)封裝芯片瞬態(tài)工況的高精度仿真模型。從設(shè)計的初期就要開始做相應(yīng)的熱設(shè)計，并不斷的迭代，優(yōu)化，驗(yàn)證。

02

MIMO的瞬態(tài)熱測試是為了準(zhǔn)確提取散熱路徑的信息，其測試方法相對于SISO的瞬態(tài)熱測試設(shè)備，會稍微復(fù)雜一點(diǎn)。

以雙熱源的芯片為例，我們詳細(xì)展示一下其實(shí)際的操作過程，以及如何結(jié)合應(yīng)用繁星工具預(yù)測結(jié)溫。

SISO的瞬態(tài)熱測試執(zhí)行的是JESD 51-14的標(biāo)準(zhǔn)【請參考文章：熱測試（二）——瞬態(tài)熱測試與結(jié)構(gòu)函數(shù)】，而MIMO的瞬態(tài)熱測試，現(xiàn)行還沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，我們先定義幾個參數(shù)。

Zth1，1：芯片1作為熱源，芯片1的瞬態(tài)熱阻抗曲線；

Zth2，1 ：芯片1作為熱源，芯片2的瞬態(tài)熱阻抗曲線；

Zth1，2 ：芯片2作為熱源，芯片1的瞬態(tài)熱阻抗曲線；

Zth2，2 ：芯片2作為熱源，芯片2的瞬態(tài)熱阻抗曲線。

其中Zth1，1和Zth2，2是熱源自身的散熱路徑，這種測試方法和SISO的瞬態(tài)熱測試完全相同，而其中Zth2，1和Zth1，2是互熱阻瞬態(tài)響應(yīng)曲線，其定義是某測量點(diǎn)不發(fā)熱，但受到其他熱源的影響的散熱路徑的相關(guān)信息，下標(biāo)的前面一個表示的是溫度測量點(diǎn)，后面一個表示的是熱源點(diǎn)。

具體測試方式如下：

1、通過預(yù)檢，選擇和確定每個熱源的測試用小電流I小1和I小2（不會引起被測器件發(fā)熱），測量每個熱源的K系數(shù)；

2、根據(jù)工作時的大致功率參數(shù)，分別確定加熱電流I大1和I大2（理論上散熱路徑是時不變系統(tǒng)，和功率無關(guān)，但實(shí)際上由于材料物性，接觸熱阻等，都可能因?yàn)楣β什煌煌虼嘶趯?shí)際工況時的功率去做瞬態(tài)熱測試，其數(shù)據(jù)應(yīng)用性更高）；

3、對兩個熱源在電路上做物理隔離，用兩個完全隔離的測試通道，連接不同的熱源，形成兩個完全隔離的加熱回路和測試回路；

4、給熱源1施加I大1，電子被測器件開始發(fā)熱，溫度逐步升高，隨著溫度梯度（器件溫度減去環(huán)境溫度）增加，其散熱功率也不斷增加，直到加入功率等于散熱功率，系統(tǒng)處于第一次平衡狀態(tài)；

5、將I大1關(guān)閉，同步分別快速切換至I小1和I小2，切換時間小于等于1us，在這里有一個技術(shù)難點(diǎn)，既在I大1和I小2之間的切換時間也要小于等于1us，這便是SISO和MIMO設(shè)備之間的區(qū)別，SISO設(shè)備只能做到測試通道內(nèi)微秒級同步，而MIMO設(shè)備可以做到測試通道之間微秒級同步；

6、分別用1us的采樣速度，基于連續(xù)變頻采樣，對熱源1和熱源2做連續(xù)采樣，直到達(dá)到第二個熱平衡狀態(tài)（器件溫度等于環(huán)境溫度），使用第一步測出的K系數(shù)即可計算出各個熱源的瞬態(tài)溫度，從計算出Zth1，1和Zth2，1；

7、將熱源切換成熱源2和I大2，重復(fù)步驟4-6，即可計算出Zth1，2和Zth2，2。

MIMO的瞬態(tài)熱測試設(shè)備相對于SISO，有兩個重要的技術(shù)指標(biāo)：

?各測量通道為互相獨(dú)立，完全隔離；

?測量通道之間可以做到微秒級同步。

如果通道不隔離，熱源之間由于熱串?dāng)_的問題，無法計算每個熱源的準(zhǔn)確功率，而準(zhǔn)確的功率是計算熱阻的前提。通道之間微秒級同步是為了保證瞬態(tài)溫度測量的有效性，從而得到精確的熱物性參數(shù)。基于MIMO瞬態(tài)熱測試設(shè)備的測試數(shù)據(jù)，我們可以用繁星工具中的瞬態(tài)結(jié)溫計算工具，去計算芯片實(shí)時工況中，每個溫度測量點(diǎn)的結(jié)溫。（計算的理論基礎(chǔ)，請參考文章：如何用卷積工具準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)溫）

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從2.1版本開始，以前的卷積工具更名為瞬態(tài)結(jié)溫計算工具，2.1版的繁星還沒有正式發(fā)布，主要是基于軟件GUI的改進(jìn)。

左邊是工具選擇區(qū)域，左邊是工具操作區(qū)域。可以設(shè)置工具使用的邊界條件，比如上圖，設(shè)定芯片的工作溫度為25度，計算的時間步長為0.1秒，點(diǎn)擊熱耦合矩陣，就會跳出對話框，輸入功耗，自Zth，或者互Zth，等信息，除了Zth，軟件也支持Forster模型和Cauer模型，在功耗區(qū)域，可以輸入P1，表示熱源1發(fā)熱，輸入P2，表示熱源2發(fā)熱，同時輸入兩個P1和P2，表示熱源共同發(fā)熱。

輸入功耗和Zth，點(diǎn)擊計算，數(shù)秒后，就能得到計算的結(jié)果，右圖就會顯示結(jié)溫的瞬態(tài)變化曲線，從圖表上看，當(dāng)熱源1工作時，芯片1最高結(jié)溫發(fā)生在75秒，ΔT為177.8°C（瞬態(tài)最高結(jié)溫為202.8），芯片2的最高結(jié)溫發(fā)生在75.2秒，ΔT為82.9°C（瞬態(tài)結(jié)溫為107.9）。

而雙熱源同時發(fā)熱時，芯片1最高結(jié)溫發(fā)生在74.97秒，瞬態(tài)最高結(jié)溫為262.7°C，芯片2的最高結(jié)溫發(fā)生在74.57秒，瞬態(tài)最高結(jié)溫為287.46°C。

如果在兩個熱源以外，還存在一個NTC/PTC或者熱電偶（Transfer Point），基于線性時不變系統(tǒng)，我們可以用同樣的方法對瞬態(tài)結(jié)溫以及Transfer Point（需要先測量Transfer Point的Zth3，1和Zth3，2，功耗為零）的溫度做計算。我們或者可以嘗試以下應(yīng)用：

1、計算每個熱源對Transfer Point溫度增量的貢獻(xiàn)值；

2、溫度增量的總和，即是Transfer Point的實(shí)際的ΔT，而Transfer Point的溫度是可以實(shí)時讀取的，這可以驗(yàn)證模型的精度；

3、如果Transfer Point的溫度的計算值和實(shí)際值發(fā)生了比較大的差異（低出一定值），可能是水道的散熱能力或者其他重要散熱路徑發(fā)生了嚴(yán)重的故障；

4、穩(wěn)態(tài)工況下，當(dāng)每個熱源功率不變后，每個溫度增量的貢獻(xiàn)值也是確定的，即可得到各熱源貢獻(xiàn)值之間的比例關(guān)系，對比典型工況的功率分布和各自的溫度增量，從而可以通過Transfer Point的實(shí)時溫度，反推每個熱源的實(shí)時溫度。

5、這樣我們或許可以基于該種推算對相應(yīng)模塊做過溫保護(hù)，或者設(shè)定相應(yīng)的控制策略，降額運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全；

6、可能還會產(chǎn)生其他新的有價值的應(yīng)用技術(shù)，有待工程實(shí)踐進(jìn)一步探索。

關(guān)于Transfer Ponit的詳細(xì)典型應(yīng)用，請大家關(guān)注魯歐智造在4月16日下午線上的免費(fèi)技術(shù)專題《基于熱阻抗模型的高精度結(jié)溫計算方法研究》

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04

瞬態(tài)測試數(shù)據(jù)（瞬態(tài)熱阻抗曲線，結(jié)構(gòu)函數(shù)）不僅僅只是用來計算結(jié)溫，通過校準(zhǔn)得到的高精度仿真模型，其溫度場的瞬態(tài)變化也可以和實(shí)物模型保持高度一致，這種專注于電子散熱的數(shù)字孿生技術(shù)，可以很大程度上減低我們試錯的成本。

然而，在研發(fā)的初期階段，并無實(shí)際的樣品，熱設(shè)計的主要是架構(gòu)選型、Chiplet布局、中介層/ TSV /微凸點(diǎn)方案、散熱架構(gòu)初步定義等等，核心目標(biāo)是快速篩除不可行方案、量化熱瓶頸、建立全鏈路熱數(shù)字基線、提前鎖定可靠性邊界，避免后期流片/封裝由于熱問題無法解決而返工。

初期階段不追求極致精度，但必須解決4個不可妥協(xié)的熱問題，所有工具應(yīng)用都圍繞這4點(diǎn)：

結(jié)溫可行性：設(shè)定結(jié)溫上限，比如GPU/CPU核心結(jié)溫≤105℃、HBM結(jié)溫≤95℃，無局部熱點(diǎn)超閾值；

熱耦合可控：GPU對HBM的熱串?dāng)_ΔT≤10℃，Chiplet間熱疊加不觸發(fā)降頻；

熱路徑無瓶頸：垂直/橫向布局合理，TSV /微凸點(diǎn)/中介層不成為致命熱點(diǎn)；

可靠性初步設(shè)計：熱應(yīng)力、溫度循環(huán)、功率循環(huán)壽命滿足規(guī)格，無早期分層/凸點(diǎn)失效風(fēng)險。

在設(shè)計的初期階段，仿真結(jié)合繁星工具可以快速試錯，快速收斂，基于經(jīng)驗(yàn)或者高精度參數(shù)的熱仿真，可以對方案做初步驗(yàn)證，輸出：全封裝三維溫度云圖、各Die結(jié)溫分布、HBM通道溫度、熱點(diǎn)溫度、熱流密度分布等等，定位散熱瓶頸。

在研發(fā)的詳細(xì)設(shè)計階段，熱設(shè)計的核心目標(biāo)是定尺寸、定材料、定結(jié)構(gòu)、定工藝。必須解決：

結(jié)溫精準(zhǔn)可控：比如GPU/CPU熱點(diǎn)溫度≤105℃，HBM全程≤85–95℃，無局部過熱點(diǎn)；

熱路徑完全打通：明確芯片→μbump→中介層→TSV→基板→冷板等各自材料對散熱的影響，消除熱瓶頸。

熱耦合與串?dāng)_量化：GPU對HBM的熱烘烤、Chiplet間互相加熱必須可控、可計算、可驗(yàn)證；

熱–力可靠性閉環(huán)：微凸點(diǎn)、焊球、底部填充、中介層不出現(xiàn)應(yīng)力過載、疲勞失效；

熱數(shù)字孿生：建模等效參數(shù)泛化性良好，整體仿真誤差可控，實(shí)現(xiàn)虛擬空間探索，物理世界驗(yàn)證。

詳細(xì)設(shè)計階段，可以立足初步設(shè)計方案樣品（或者測試假片），用CXAI的瞬態(tài)熱測試和仿真結(jié)果做比對，進(jìn)行自動熱模型校準(zhǔn)，從而提高仿真精度。用高精度的仿真模型，結(jié)合瞬態(tài)結(jié)溫計算工具，對芯片的設(shè)計方案做進(jìn)一步優(yōu)化，并通過壽命計算工具去預(yù)測產(chǎn)品的可靠性。總體流程如下圖所示：

設(shè)計方案完成后的樣品，通過CXAI可以精確的檢測芯片的每個熱源的散熱路徑。技術(shù)上可以輸出相應(yīng)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型（熱阻，雙熱阻等），BCI的熱模型（Delphi，Delphi-c，3D ROM），以及詳細(xì)熱模型。有了芯片的高精度參數(shù)和模型輸出，在板卡，整機(jī)，數(shù)據(jù)中心等電子系統(tǒng)的整體熱設(shè)計中，下游企業(yè)可以大幅降低其研發(fā)的工作量，從而實(shí)現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)協(xié)同。

缺乏先進(jìn)制程，芯片的單體能力被限制，逼迫技術(shù)在其他提升算力的技術(shù)路徑尋求突破，從而建立了芯片拼接的能力——在微小的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高速通信，實(shí)現(xiàn)信號、功率和熱設(shè)計的整體協(xié)同，多個芯片堆疊的算力并不差。更重要的是，我們獲得了基于新技術(shù)探索而沉淀出的方法論，因?yàn)橹瞥痰南拗瓶傆幸惶鞎黄疲碌闹瞥滔拢Y(jié)合芯片拼接技術(shù)，反而可以建立在整體解決方案上的技術(shù)優(yōu)勢，未來的競爭，鹿死誰手，現(xiàn)在還沒有答案（其實(shí)我認(rèn)為答案很明顯了），讓我們拭目以待。

審核編輯 黃宇