[论文解读] A More Flexible Realization of The SUNRED Algorithm

L. Pohl, V. Székely|ArXiv.org|Sep 12, 2007

Advanced MEMS and NEMS Technologies被引用 3

一句话总结

本文提出了一种增强版、面向对象的SUNRED算法实现，用于电子系统中的热仿真与电热仿真，支持灵活的边界处理、任意网格分辨率（不限于2的幂次），以及非矩形三维几何结构。改进后的算法在保持热场分析精度的同时，计算速度优于原始算法。

ABSTRACT

The high dissipation of integrated circuits means serious problems for packaging and for the design of complex electronic systems. Another important area of research and development nowadays is the integration of sensors and micromechanical systems (MEMS) with electronic circuits. The original Successive Node Reduction (SUNRED) algorithm handles well the first area but require revision for electro-thermal or mechanical fields. As a first stage the updated algorithm is able to solve thermal fields as the original, but with the application of flexible boundary connection handling, it can be much faster than the original. By using object-oriented program model the algorithm can handle non-rectangular 3D fields, and SUNRED mesh resolution is arbitrary, not have to be the power of two anymore.

研究动机与目标

• 解决原始SUNRED算法在处理电热场与机械场方面的局限性。
• 实现集成电路中复杂非矩形3D几何结构的仿真。
• 消除网格分辨率必须为2的幂次的限制。
• 通过灵活的边界连接处理提升计算效率。
• 通过稳健的热建模支持传感器与MEMS与电子电路的集成。

提出的方法

• 采用面向对象的编程模型，对SUNRED算法进行模块化与扩展。
• 引入灵活的边界连接处理机制，以提升求解器性能。
• 将网格分辨率与2的幂次限制解耦，支持任意分辨率。
• 将该算法应用于具有复杂几何结构的3D热场仿真。
• 以原始SUNRED框架为基础，但进行扩展以提升适用范围。
• 以可扩展方式实现该方法，便于未来扩展至电热场与机械场仿真。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何扩展SUNRED算法以支持非矩形3D几何结构？
• RQ2 能否在不牺牲性能的前提下支持任意网格分辨率？
• RQ3 灵活的边界处理如何提升热仿真中的计算效率？
• RQ4 该增强算法在电热场与MEMS集成系统中的适用范围有多大？
• RQ5 与原始SUNRED算法相比，改进的边界处理能带来多大的性能提升？

主要发现

• 通过面向对象设计，改进后的SUNRED算法支持非矩形3D热场。
• 网格分辨率不再受限于2的幂次，显著提升了网格生成的灵活性。
• 灵活的边界连接处理使计算速度优于原始SUNRED算法。
• 该算法在提升性能的同时，保持了热场仿真结果的准确性。
• 该方法可扩展至电热场与机械场仿真，适用于IC封装与MEMS集成的更广泛应用场景。
• 该方法在第12届国际集成电路热分析研讨会（THERMINIC 2006）的集成电路热分析背景下得到验证。