حل متكامل للتصميم والتحليل الحراري باستخدام الذكاء الاصطناعي للأنظمة الإلكترونية

يعد تطبيق Celusia Studio، وهو حل مبتكر لتصميم وتحليل درجة حرارة النظام الكهربائي، هو الأول من نوعه الذي كشفت عنه شركة Cadence Design Systems. بالإضافة إلى إلكترونيات التبريد للوحات الدوائر المطبوعة والمجموعات الإلكترونية الكاملة، يتعامل تطبيق Celis Studio مع التحليل الحراري والضغط الحراري للدوائر المرحلية 2.5D و3D وتغليف IC.

ناقشت ميليكا روشانديل، مديرة إدارة المنتجات بشركة Cadence، منصة Celisus Studio وقدرتها على التعامل مع التحليل الحراري داخل التصميم في مقابلة مع Power Electronics News.

منصة موحدة

يوحد برنامج Celusia Studio المهندسين الكهربائيين والميكانيكيين/الحراريين في منصة واحدة، مما يسمح لهم بتصميم أداء المنتج وتحليله وتحسينه في الوقت الفعلي، وبالتالي التخلص من الحاجة إلى ترجمة الهندسة أو تبسيطها أو معالجتها عبر أدوات نقطية متباينة.

وقال روشانديل: “إن أول منتج حراري لشركة Cadence، وهو Celcs Thermal Solver، يستهدف المهندسين الكهربائيين”. “عند تصميم الحزمة وثنائي الفينيل متعدد الكلور، على سبيل المثال، يمكنهم إجراء التحليل الحراري بسرعة وإلقاء نظرة على انخفاض الأشعة تحت الحمراء في نظامهم الإلكتروني. ومع ذلك، عند القيام بذلك، لاحظنا أنه غالبًا ما يكون هناك انقسام بين المهندسين الكهربائيين الذين يقومون ببعض التحليل الحراري ومن ثم المهندسين الحراريين الذين يتطلعون إلى معالجة جانب تحليل تبريد الإلكترونيات.

وأضافت: “تسبب هذا الانقسام في الكثير من أوجه القصور في سير عمل فرق التصميم، لذلك أنشأنا هذه المنصة لتقصير الوقت اللازم لكل من المهندسين الكهربائيين والحراريين”. “على سبيل المثال، يمكن للمهندسين الكهربائيين إجراء مزيد من التحليل لنموذجهم بالكامل بواسطة المهندس الحراري مع إضافة حاوية أو مروحة أو أي استراتيجية تبريد مطلوبة.”

من خلال تقارب المحاكاة الكهروحرارية المشتركة وتبريد الإلكترونيات والإجهاد الحراري في حل واحد متماسك، توفر درجة مئوية ستوديو منصة جديدة للسلامة الحرارية على مستوى النظام للسوق تستفيد من أفضل تقنيات تبريد الحرارة والإجهاد والإلكترونيات في فئتها، وقد جاء آخرها إلى Cadence من خلال استحواذها على مرافق المستقبل في عام 2022.

باستخدام “Celsius Studio”، يمكن للمصممين العثور على مشكلات التكامل الحراري في وقت مبكر كجزء من تحليل الفيزياء المتعددة داخل التصميم وتعزيزها باستخدام Optimality، وهو مُحسِّن الذكاء الاصطناعي التوليدي، بالإضافة إلى طرق النمذجة الجديدة للعثور على أفضل التصميمات الحرارية. والنتيجة هي سير عمل أكثر كفاءة، مما يؤدي إلى تقصير دورات التطوير وتسريع وقت الوصول إلى السوق من خلال تعزيز العمل الجماعي بشكل أفضل، وتقليل عدد تكرارات التصميم وتمكين جداول زمنية أكثر قابلية للتنبؤ بالتصميم.

المكونات الرئيسية لمنصة استوديو مئوية، كما هو موضح في الشكل 1، هي:

• حلال حراري
• محاكاة تبريد الالكترونيات
• تحليل الإجهاد الحراري (الاعوجاج).

على يمين الشكل 1، يمكننا رؤية جميع المحركات التي تعمل معًا في المنصة.

فوائد استوديو مئوية

كما هو موضح في الشكل 2، فإن الميزات المتوفرة في منصة Degrees Studio تلبي احتياجات كل من التحليل الحراري عبر دورات حياة EDA وMCAD.

قال روشانديل: “نحن نساعد المهندسين على اكتشاف المشكلات الحرارية في المرحلة الأولى من تصميمهم حتى يتمكنوا من تحقيق الأداء المطلوب وتقديم منتجات عالية الأداء بسرعة، مع عائد استثمار فعال وقوي – هذه هي رسالتنا”.

من المزايا الرئيسية لمنصةcelus Studio هو توحيد ECAD/MCAD، مما يعني أنه يوفر تكاملًا سلسًا لملفات التصميم دون تبسيط، بالإضافة إلى سير عمل مبسط لإجراء تحليل سريع وفعال داخل التصميم.

وقال روشانديل: “لا يقتصر الأمر على قدرته على استيراد أي بيانات ECAD بسلاسة، حتى لو كان التصميم كبيرًا جدًا، بل يمكنه حلها بشكل موثوق في وقت قصير مقارنة بالأدوات المماثلة الأخرى”. “Celsius Studio هو الأداة الوحيدة التي تعالج كلا العالمين – MCAD وECAD.”

هناك فائدة أخرى تتعلق بتحسين تصميم الذكاء الاصطناعي. يتيح الذكاء الاصطناعي المدمج في Cadence Optimality، أحد محركات درجة مئوية Studio (كما هو موضح على يمين الشكل 1)، استكشافًا سريعًا وفعالًا لمساحة التصميم الكاملة للتقارب مع التصميم الأمثل.

وقال روشانديل: “إن الأمثلية هي محرك الذكاء الاصطناعي الذي يساعد المهندسين على تحسين بعض تصميماتهم”. “لقد تم تدريبه على قواعد البيانات وهو دقيق للغاية.”

اليوم، يجب على مصممي الإلكترونيات أن يواجهوا تحديات حرارية تتعلق بشكل أساسي بالعقد المتقدمة والتكامل غير المتجانس (عادةً، الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد). مطلوب إجراء تحليل حراري كامل للتنبؤ بالأداء عند زيادة كثافة الطاقة وتقلص مساحة PCB.

بالإضافة إلى ذلك، يعد حل تحليل الأداء عالي السعة ضروريًا لأحجام التصميم الكبيرة بشكل استثنائي. يزيد الضغط الحراري الناتج عن تكديس العديد من الرقائق أو الشرائح الصغيرة في حزمة واحدة من احتمالية انحراف الحزمة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة وقت الفشل.

الحل الأول لنماذج الهياكل الصغيرة مثل IC وتوزيع الطاقة إلى حجم كبير مثل الهيكل، حيث توجد مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يوفر Celisus Studio قدرة استثنائية لتقييم أي حزم IC 2.5D و3D دون تبسيط أو فقدان الدقة.

وقال روشانديل: “يمكن لمنتجنا أن يلبي متطلبات القطاعات الإلكترونية المختلفة، بما في ذلك تصميم أشباه الموصلات، وحزمة الرقائق والدوائر المتكاملة PCB ثلاثية الأبعاد، والتي تعتبر مهمة جدًا لصناعات الطيران والدفاع والسيارات”.

إلى جانب القدرة على معالجة ملفات ECAD وMCAD من أي حجم دون أي تبسيط، يقدم تطبيق Celis Studio أداءً عاليًا للغاية – يصل إلى 10 مرات أسرع في وقت تشغيل المحاكاة مقارنة بحلول المنافسين. حتى مع المحاكاة واسعة النطاق، توفر الأداة دقة عالية مع تفاصيل تفصيلية لأي كائن محل الاهتمام، بما في ذلك الشريحة أو الحزمة أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو المروحة أو الغلاف.

من خلال الربط الآلي والحل بشكل أسرع بما يصل إلى 5 مرات من الأدوات الأخرى دون فقدان الدقة، اتبعت شركة Degrees Studio التحليل الحراري على مستوى الشريحة ليتم تشغيله في ساعة واحدة، بدلاً من 23 ساعة المطلوبة سابقًا.

وقال روشانديل: “يمكن تحقيق هذا الأداء بفضل المعالجة المتوازية التي لدينا في أداتنا”. “نحن نهتم حقًا بوقت التشغيل، وقمنا بتحسين الترابط لدينا بحيث يكون محركنا ذكيًا للغاية.”

من بين العملاء الذين أيدوا مئوية ستوديو هي شركة Samsung Semiconductor. قام فريق التعبئة والتغليف التابع لها باستخدام درجة مئوية ستوديو لتعزيز تصميمه من خلال معالجة المخاوف الحرارية بشكل استباقي. وقالت سامسونج إن هذه الطريقة جعلت من السهل إنشاء عمليات محاكاة حرارية دقيقة وسريعة لحزم 3D IC و2.5D. ونتيجة لذلك، تم تحسين عملية تطوير المنتج بنسبة 30%، وتم تحسين عملية تصميم العبوة وتقليل الوقت اللازم للتنفيذ.

تفضل بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

التدوينة حل كامل للتصميم والتحليل الحراري للأنظمة الإلكترونية ظهر لأول مرة على Power Electronics News.