通过拓扑优化结合微肋结构实现2.5D异构集成系统合理热设计

2.5D异构集成芯片通过中介层等先进封装技术集成逻辑芯片和存储芯片等多种功能单元，在提升计算性能的同时，也带来了多热源耦合、局部热点和温度分布不均等问题。本文提出了一种拓扑优化结合微肋增强的全局-局部协同热设计策略，并面向H100型多热源芯片布局构建了增强型冷板结构，其中中央GPU功率为700 W，周围6个HBM芯片功率均为10 W。该策略首先通过拓扑优化方法设计多热源区域内冷却液的流动路径，再针对GPU局部高温区域引入流线型微肋，以增强局部换热并改善温度均匀性。三维流动传热模拟结果表明，在Re = 812.5的工况下，微肋增强冷板可使GPU区域最高温度较未加微肋结构降低约10 K，并保持低于传统平行流道冷板的流动阻力。实验结果进一步表明，在150 °C恒温热板加热条件下，增强冷板在GPU测点实现了约73 °C的温降，较传统平行流道冷板表现出更强的局部冷却能力。本研究为2.5D异构集成芯片液冷散热结构设计提供了可行方案，并为多热源电子器件中的低阻力流动和局部热点调控提供了参考。