FPGA功耗模型建立與熱點(diǎn)分析.pdf

1、集成電路在規(guī)模、速度和工藝等方面的飛速發(fā)展，使其當(dāng)前面臨著前所未有的挑戰(zhàn)——芯片功耗和發(fā)熱帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。FPGA作為集成電路的主流產(chǎn)品之一，被廣泛用于對(duì)可靠性高度敏感的航空航天領(lǐng)域，同樣也面臨著功耗和發(fā)熱問(wèn)題帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而且這一挑戰(zhàn)在FPGA中更加突出。為了有效解決這一問(wèn)題，本文針對(duì)FPGA的功耗和熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了研究和探討。
　　首先，針對(duì) FPGA的功耗問(wèn)題，本文采用了分層策略對(duì)FPGA進(jìn)行功耗模型的建立，從而能夠有效評(píng)

2、估FPGA內(nèi)部資源模塊相應(yīng)的功耗數(shù)值的大小。功耗模型建立的具體方案如下：
　　1.采用分層策略對(duì)FPGA內(nèi)部資源進(jìn)行模塊劃分，得到功耗模型建立的基本單元；
　　2.對(duì)每個(gè)基本單元進(jìn)行功耗模型的建立。模型建立的重點(diǎn)在于提取基本單元的功耗與功耗影響因子間的函數(shù)關(guān)系，本文在提取功耗與功耗影響因子間的函數(shù)關(guān)系時(shí)采用了三種不同算法，分別是線性降維擬合算法、非線性降維擬合算法和回歸算法，并分析了這三種算法各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件，從而在

3、不同基本單元的功耗模型建立時(shí)能夠有針對(duì)性的選擇相應(yīng)的算法，兼顧建模的精度和效率問(wèn)題；
　　3.基于STM32搭建硬件驗(yàn)證系統(tǒng)，用于功耗模型的驗(yàn)證和修正，提高模型的精確度。
　　其次，針對(duì)FPGA的熱點(diǎn)問(wèn)題，本文介紹了一種RC網(wǎng)絡(luò)熱模型，該模型基于熱電對(duì)偶原理，以熱阻類比電路中的電阻，熱容類比電容，芯片周?chē)拇髿猸h(huán)境類比地，發(fā)熱功能部件類比電流源，溫度差類比電路中兩點(diǎn)間的電壓，將熱學(xué)問(wèn)題巧妙地轉(zhuǎn)化為電學(xué)問(wèn)題進(jìn)行處理，從而能夠準(zhǔn)

4、確且快速的計(jì)算芯片的溫度值，采用溫度分布圖像表征芯片上各節(jié)點(diǎn)處的溫度，進(jìn)一步鎖定芯片上可能的熱點(diǎn)；基于這一原理，本文提供了基于FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)功能電路，作為熱分析的實(shí)例，針對(duì)這兩個(gè)實(shí)例展開(kāi)了以下幾點(diǎn)工作：
　　1.詳細(xì)介紹了對(duì)具體功能電路進(jìn)行熱分析的步驟；
　　2.采用HotSpot平臺(tái)對(duì)功能電路進(jìn)行溫度計(jì)算和仿真，實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片裸片及封裝組件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)溫度分布情況的仿真分析；
　　3.從仿真結(jié)果出發(fā)，研究了在H