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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中多物理场耦合仿真与设计方法.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中多物理场耦合仿真与设计方法
——从电-热-力耦合到系统级多物理场协同优化
引言
在存算一体芯片中，电、热、力等多物理场的耦合效应显著影响芯片的性能和可靠性。电迁移由电流和温度共同驱动，热应力由温度和机械约束共同决定，而温度由功耗和散热条件共同决定。多物理场耦合仿真通过同时考虑电、热、力等物理场的相互作用，更准确地预测芯片的性能和可靠性。本文系统分析面向存算一体芯片的模拟计算阵列中多物理场耦合仿真与设计方法。
多物理场耦合的物理机制
电-热耦合
电-热耦合的物理机制：
1. 焦耳热：电流通过电阻产生热量，P = I²R，焦耳热导致芯片温度升高。
2. 温度对电性能的影响：温度升高导致电阻增大、载流子迁移率降低和阈值电压漂移。
3. 电-热耦合方程：电场的泊松方程和热场的热传导方程通过焦耳热项耦合。
热-力耦合
热-力耦合的物理机制：
1. 热膨胀：温度变化导致材料的热膨胀，ε = α×ΔT，热膨胀产生热应力。
2. 应力对热性能的影响：应力改变材料的导热系数和热容。
3. 热-力耦合方程：热场的热传导方程和力场的弹性方程通过热应变项耦合。
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