(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210681963.7 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 中国人民解 放军海军工程大 学 地址 430030 湖北省武汉市硚口区解 放大 道717号 (72)发明人 谢志辉　张健　陆卓群　孟凡凯　 陈华伟　奚坤　纪祥鲲　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 张晓博 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 芯片嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化 方法及系统 (57)摘要 本发明属于芯片散热技术领域， 公开了芯片 嵌入式液冷热沉与热源的评估与优化方法及系 统， 所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评 估与优化方法包括： 构建定量评估 热沉与热源适 配度的复合性能指标函数； 构建功率离散度函数 评估芯片功率的非均匀性； 针对建立的复合性能 指标函数、 功率离散度函数， 在均匀热源和非均 匀热源两种条件 下进行仿真计算， 得到四种嵌入 式热沉的温度、 温度均匀性因子和压降的最优解 集， 设计热沉结构和入口雷诺数。 本发明选用适 配性最佳的微通道结构， 该方法在兼顾满足最高 温度限制和温度均匀性限制的情况下， 能最大化 地节省泵功消耗， 既能避免冷却不足， 也能避免 浪费冷却能力、 非必要冷却。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115221686 A 2022.10.21 CN 115221686 A 1.一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法， 其特征在于， 所述芯片 嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法包括： 基于最高温度、 温度均匀性与冷却剂的流动压降因素， 构建定量评估热沉与热源适配 度的复合 性能指标函数； 根据芯片的功率分布构建功率离散度函数评估芯片功率的非均匀性； 所述芯片的功率 分布随着处 理器运行任务的不同而发生变化； 针对建立的复合性能指标函数、 功率离散度函数， 在均匀热源和非均匀热源两种条件 下进行仿真计算， 选择最高温度差值给定的权重进行有效评估； 并采用多目标优化算法得 到四种嵌入式热沉的温度、 温度均匀性因子和压降的最优解集， 基于最优解集， 针对不同工 程应用需求， 设计对应复合 性能指标函数优化的热沉结构和入口雷诺数。 2.如权利要求1所述的芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法， 其特征 在于， 在构建的复合性能指标函数中， 复合性能指标函数 的权重因子取决于不同强弱的热 载荷对冷却能力需求和冷却代价要求的不同差异。 3.如权利要求1所述的芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法， 其特征 在于， 在芯片的实际工作中， 所述 最高温度Tmax/K代表芯片工作的阈值温度； 所述温度均匀性因子fT/K为描述芯片上温度分布的均匀性， 平均温度为 其中温 度均匀性及平均温度的实际计算域为芯片热的上表面。 温度均匀性因子fT值越小， 表明温 度分布越均匀； 所述冷却剂的流动压降包括进出口压降， 进出口压降Δp是流动过程中由于能量损 失 而引起的压强降低， 定义式为： Δp＝pin‑pout； 式中pin和pout分别为冷却剂进出口截面的平均压强。 4.如权利要求1所述的芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法， 其特征 在于， 所述复合 性能指标函数包括： Φ＝1‑λ1(0.5xT‑0.5xf)‑λ2xP， 式中， xT、 xf和xP分别为归一化后的芯片最高温度、 温度均匀性因子和 进出口压降， λ1和 λ2为加权因子 。 5.如权利要求1所述的芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法， 其特征 在于， 所述功率离 散度函数为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221686 A 2式中， Pi为i区域的平均功率密度， 为芯片的平均功率密度， Si为i区域的面积， S0为芯 片的总面积； 当 Θ为0时， 热源为均匀热源。 6.一种芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化系统， 其特征在于， 所述芯片 嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化系统包括： 复合性能指标函数构建模块， 用于对于最高温度、 温度均匀性与冷却剂的流动压降三 个因素， 构建定量评估热沉与热源适配度的复合性能指标函数， 其权重因子取决于不同强 弱的热载荷对冷却能力需求和冷却代价要求的不同差异； 功率离散度函数构建模块， 用于对于芯片在实 际工作中， 其功率分布会随着处理器运 行任务的不同而发生变化， 构建功率离 散度函数评估芯片功率的非均匀性； 热沉结构获取模块， 用于针对建立的复合性能指标函数、 功率离散度函数， 在均匀热源 和非均匀热源两种 条件下进行仿真计算， 选择最高温度差值给定的权重进行了有效评估； 并采用多目标优化算法得到了四种嵌入式热沉的温度、 温度均匀性因子和压降的Pareto最 优解集， 得到了在不同工程应用需求时， 对应复合性能指标函数最大 的热沉结构优化设计 和入口雷诺数。 7.一种利用如权利要求1～5任意一项所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估 与优化方法设计的热沉结构。 8.一种计算机设备， 其特征在于， 所述计算机设备包括存储器和处理器， 所述存储器存 储有计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行如权利要求 1 ～5任意一项所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法。 9.一种计算机可读存储介质， 存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时， 使 得所述处理器执行如权利要求1～5任意一项所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评 估与优化方法。 10.一种信息数据处理终端， 其特征在于， 所述信息数据处理终端用于实现如权利要求 1～5任意 一项所述芯片嵌入式液冷热沉与热源的适配性评估与优化方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221686 A 3