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存算一体芯片的3D堆叠散热与热管理方案.docx
资料介绍
存算一体芯片的3D堆叠散热与热管理方案
1 引言
3D堆叠是存算一体芯片提升集成度和带宽密度的关键技术路径，但多层堆叠导致功率密度显著增加，散热成为核心挑战。在3D-CIM架构中，存储晶圆和计算晶圆垂直堆叠，热阻增加，温度梯度可能超过50°C。本章系统分析存算一体芯片3D堆叠的散热方案和热管理技术。
2 热源分布
2.1 计算层热源
计算晶圆中的SRAM存算阵列和ADC是主要热源，功率密度可达50-100W/cm²。
2.2 存储层热源
DRAM存储晶圆的刷新操作和读写操作产生热量，功率密度约10-20W/cm²。
3 散热方案
3.1 热通孔
在3D堆叠中嵌入热通孔（Thermal TSV），将热量从计算层传导至存储层和散热器。
3.2 微流道液冷
在计算晶圆和存储晶圆之间嵌入微流道冷却层，散热效率可达1000W/cm²以上。
3.3 热电冷却
在热点区域集成TEC（热电冷却器），局部消除热斑。
4 热管理策略
4.1 动态热管理
通过温度传感器监测芯片温度，在温度超过阈值时降低频率或暂停操作。
4.2 热感知调度
在计算任务调度时考虑热分布，将计算任务分配到温度较低的芯粒。
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