集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

[美] 赛达·奥伦奇－麦米克 著，朱芳波 译

图书标签:

• 集成电路
• 热管理
• 片上冷却
• 系统级冷却
• 热监测
• 电子散热
• 半导体
• 热分析
• 可靠性
• 电子封装

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111587682

版次：1

商品编码：12310067

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 热设计工程师精英课堂

开本：16开

出版时间：2018-02-01

用纸：胶版纸

页数：216

产品特色

编辑推荐

适读人群 ：热设计、热管理领域的从业人员，电子工程师，集成电路设计工程师，高等院校相关专业师生

主要探讨集成电路和系统散热问题，芯片上集成温度传感、动态热管理、主动散热，如何在系统级以及中心机房、数据中心层面上解决以上热问题。

内容简介

《集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却》着重讲述了集成电路热管理部分的片上和系统级的监测及冷却，内容包括：集成电路和系统热设计的挑战以及芯片发热原理；芯片内置温度传感器的分类、构造、工作原理和设计挑战，基于芯片内置温度传感器的动态热管理方法和控制原理；针对集成电路和ＩＣ芯片的主动冷却措施、工作原理，并重点介绍了空气冷却、液体冷却、ＴＥＣ热电制冷以及相变冷却技术；系统层以及数据中心层面的热事件缓解措施与方法，着重介绍了数据中心内设备的工作负载均衡技术以及热感知、热管理技术；片上和系统级的温度检测新发展趋势。
《集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却》内容丰富、涉及的专业知识面广，适合于从事热设计、热管理领域的从业人员，以及电子工程师、集成电路设计工程师，以及高等院校相关专业师生阅读。

作者简介

Seda Ogrenci-Memik:美国伊利诺斯州，西北大学电气工程与计算机科学系副教授，主要研究方向包括：热感知设计、高性能系统热管理、嵌入式可编程计算以及热测量技术。Seda Ogrenci-Memik兼任学术委员会主席以及委员会成员，常年组织委员成员追踪各种国际会议，包括ICCAD、DAC、DATE、EUS、FPL、GLSVLSI以及ISVLSI，曾担任IEEE Transaction on VLSI期刊编委会成员。

目录

推荐序
译者序
前言

第１章　集成电路和系统的热问题１
　１.１　引起热挑战的技术发展趋势２
　　１.１.１　系统设计要求２
　　１.１.２　产品可靠性要求４
　　１.１.３　产品性能要求６
　　１.１.４　成本、用户体验和经济性要求７
　１.２　芯片的发热原理８
　　１.２.１　高性能芯片的热响应示例１０
　　１.２.２　芯片传热路径１５
　参考文献２１

第２章　芯片内置温度侦测２７
　２.１　芯片内置温度传感器的工作条件及性能参数２８
　２.２　模拟型温度传感器３２
　　２.２.１　基于热二极管的传感器３２
　　２.２.２　电阻型传感器３４
　　２.２.３　热电偶和热电堆３５
　　２.２.４　其他类型温度传感器３９
　２.３　数字温度传感器３９
　　２.３.１　基于ＭＯＳＦＥＴ输出电压／电流的温度传感器３９
　　２.３.２　基于延迟时间的温度传感器４１
　　２.３.３　基于漏电流的温度传感器４２
　２.４　传感器前端４３
　　２.４.１　温度传感器的Ｓｉｇｍａ－ＤｅｌｔａＡＤＣ ４４
　　２.４.２　温度传感器的ＳＡＲＡＤＣ ４４
　　２.４.３　温度传感器的ＰＴＤＣ ４５
　２.５　芯片内置温度传感器的设计挑战４５

　　２.５.１　理想性和线性度４６
　　２.５.２　对变化的鲁棒性４７
　　２.５.３　温度传感器的校正４９
　２.６　通过系统布局提高温度测量精度５２
　　２.６.１　通过内差法强化均匀网格５４
　　２.６.２　非均匀网格传感器的分配与布置６０
　　２.６.３　可编程器件的传感器分配和布局６５
　　２.６.４　温度传感器分配和布局的最新进展６８
　２.７　间接温度监测７０
　参考文献７１

第３章　动态热管理７９
　３.１　芯片温度传感器的接口和动态热管理系统８０
　　３.１.１　温度传感器的偏置网络８０
　　３.１.２　温度传感器的通信网络８５
　３.２　工业设计中基于温度传感器的动态功耗和热管理８９
　　３.２.１　第一代动态热管理８９
　　３.２.２　第二代动态热管理９１
　　３.２.３　最新一代动态热管理９３
　３.３　非商业设计温度传感器的动态优化方法９６
　　３.３.１　基于硬件设计的热管理９６
　３.４　基于温度传感器的内存热管理方法１０５
　　３.４.１　基于温度传感器的ＤＲＡＭ刷新率及写时序优化１０５
　　３.４.２　基于温度传感器的ＤＲＡＭ架构优化１０７
　　３.４.３　基于温度传感器的硬盘热管理１０７
　３.５　热管理的控制系统深入探究１０８
　　３.５.１　闭环控制器１０８
　　３.５.２　随机控制１１２
　　３.５.３　模型预测控制１１３
　参考文献１１４

第４章　主动冷却１２１
　４.１　空气冷却１２２
　　４.１.１　冷却风扇的管理控制１２６
　　４.１.２　基于风扇之外的强迫空气冷却系统１２９
　４.２　液体冷却１３１
　　４.２.１　液体冷却系统的效率和成本优化１３４
　　４.２.２　３Ｄ集成电路芯片的液体冷却１３６
　　４.２.３　直接液体冷却１４２
　４.３　热电冷却１４２
　　４.３.１　ＴＥＣ装置的工作原理及性能指标１４３
　　４.３.２　最新一代芯片内置冷却器的设计１４５
　　４.３.３　热电冷却器的理论分析框架１４８
　　４.３.４　基于ＴＥＣ冷却器的ＩＣ芯片热管理１５０
　４.４　相变冷却１５６
　参考文献１５８

第５章　系统层、超级计算机以及数据中心层热事件的缓解措施１６９
　５.１　ＯＳ层的散热缓解措施１６９
　　５.１.１　热感知技术优化１７１
　５.２　嵌入式实时系统的ＯＳ层热管理策略１８４
　５.３　热感知的虚拟化１９０
　５.４　应用层在温度分布形成中的作用１９４
　５.５　数据中心和超级计算机的热感知优化１９７
　　５.５.１　数据中心的热耗特征与性能指标１９７
　　５.５.２　系统层热感知管理的软件环境与配置２００
　参考文献２０２

第６章　热感知系统的发展趋势２０７
　６.１　热设计时考虑客户舒适度２０７
　６.２　集成电路的热回收技术２１０
　６.３　芯片内置温度传感器的新材料和新设计２１２
　６.４　硬件安全性２１３
　参考文献２１３

附录　相关术语和单位２１６

前言/序言

前言

随着集成电路尺寸越来越小、设计越来越复杂、功率密度越来越高、热耗越来越大，如何快速、高效地处理产生的热量，正在成为电路电流和未来集成电路设计的最重要瓶颈。当前系统最大的设计功耗，也越来越受限于系统散热能力。
热问题正在迫使芯片设计人员，应用保守的设计余量创造出次优的结果。对于更大规模的应用，如设计出良好的高性能计算系统和数据中心，散热成本已占据了总用电成本第二的位置，可占总用电成本的３０％ ～５０％。因此，热监控和热管理正在变得越来越重要。
本书涵盖了集成电路的热监控和热管理内容，着重介绍了集成电路中芯片内置传感器（相对于独立封装或独立布置在电路板上的传感器而言） 的原理和材料。本书讨论的传感器装置和电路内容主要包括，各种旨在将采样温度转化为数字读显值的装置以及主动偏置电路。主动偏置电路旨在将采集到的芯片温度梯度，反过来用于热管理。本书探讨的主题包括：集成电路和系统热问题、芯片上集成温度传感、动态热管理、主动散热以及如何在系统级以及中心机房、数据中心层面上解决以上热问题。

推荐序

一年前朱芳波老师在电话那头很严肃地对我说，舒涛、广亮和他准备一起翻译《集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却》，他们三个人想一起做这件事情……话到此处，一下子让我想到了刘关张结义欲建功立业的场景。三个人在一起可以做的事情很多，他们选择了这么一件耗时、费力的事情。但我想这其中最主要的原因还是他们对热管理技术的专注和热爱。相同的专业背景和行业从业经历使他们走到了一起，这也成为书籍翻译品质的保证。

《集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却》全书结构非常清晰，以集成电路热量产生为起始，以元件升温、高温影响和传热路径为引子，让读者充分了解到热管理的重要性和必要性。之后围绕温度侦测、动态热管理、冷却方式和数据中心冷却等内容进行了详细论述。严谨和科学的计算公式、详尽的知名企业热管理技术讲解和宝贵的热管理设计经验都可以在书中找到。本书对初涉此领域的从业人员展开了一幅热管理的画卷，同时也对从业多年的热管理“老司机”轻轻地诉说着专业性的技术。

本书就如同三位译者呈现给我国热管理行业的一份特殊礼物。行业从业人员可以从中汲取到自己关注的内容，无论是深入的理论、前沿的技术抑或是宝贵的经验。好在朱芳波说要送我一本，否则我肯定会去购买一本。

上海热领科技技术主管 李波

译者序

近年来，由于设备和元器件的集成度越来越高、功率密度越来越大，热设计变得越来越重要。热设计工程师承担的工作职责也越来越多，正如当下热词“一专多能”所描述的那样，为了能设计出一款性能卓越的产品，热设计工程师除了需要掌握热专业相关的知识外，还需要了解硬件、软件算法、系统架构等专业领域的内容。

目前市面上的热设计类书籍大部分是以热专业为主的书籍。本书原作者以一个学者的眼界，撰写了一本以热监控和热管理为主线，从电子、软件算法、芯片封装角度展开讨论，揭示了热监控和热管理背后的专业知识。根据译者多年的从业经验，本书可以作为一本拓宽热设计工程师知识领域的专业类书籍，除了基本的热管理之外，它还会引导读者了解更多关于硬件、软件算法、芯片封装类的知识。

《散热革命：微观至宏观的温度掌控艺术》 在信息技术飞速发展的浪潮中，我们正以前所未有的速度迈向更强大的计算能力、更复杂的集成电路以及更精密的系统设计。然而，伴随而来的是一个不容忽视的挑战：热量。在微观的芯片层面，晶体管的密集排布与高速开关产生的瞬时高温，能够轻易突破材料的极限，导致性能衰减甚至永久性损坏。宏观到整个系统，服务器机房的能源消耗，电子设备的散热空间，都成为制约技术进步的瓶颈。 《散热革命：微观至宏观的温度掌控艺术》正是聚焦于这一核心议题，它并非仅仅是一本介绍技术手册，而是深入探讨了理解、预测、监测和有效管理电子设备内部温度的全面性科学与艺术。本书致力于为工程师、设计师、研究人员以及对未来科技发展怀有好奇心的读者，提供一套系统性的知识框架和前沿的实践指导。 第一篇：温度的本质与芯片的挑战 本篇将带领读者从基础出发，理解热量的产生机制及其在电子元件中的表现。我们将剖析半导体材料在电流通过时如何产生焦耳热，晶体管开关过程中的动态功耗如何累积，以及不同制造工艺对热分布的影响。 热力学基础与电子学交互： 深入浅出地介绍热力学定律在电子设备中的应用，例如热传导、热对流和热辐射的原理。我们将分析不同材料的导热系数、比热容等关键参数，以及它们如何影响热量的散发。 芯片内部热源解析： 详细阐述集成电路上不同功能模块（如CPU核心、GPU、内存控制器、I/O接口等）产生的热量差异，以及这些热量在芯片内部的分布情况。我们将探讨漏电流、通路电阻等微观因素对整体发热的影响。 热应力与可靠性： 热量不仅仅是能量，它还会引发材料的膨胀和收缩，产生热应力。本书将分析热应力如何导致焊点开裂、芯片翘曲、封装失效等问题，并探讨如何通过材料选择和结构设计来缓解这些不利影响。 先进工艺下的热量难题： 随着摩尔定律的推进，晶体管尺寸不断缩小，集成度空前提高，单位面积的发热密度也随之剧增。本篇将着重分析3D堆叠、FinFET、GAAFET等前沿工艺带来的新型热管理挑战，以及对传统散热方案提出的更高要求。 第二篇：精密的温度监测与智能感知 准确可靠的温度监测是有效散热的前提。《散热革命》将全面介绍当前主流的温度监测技术，并展望未来的发展方向，强调智能化与集成化。 片上温度传感技术： 深入探讨基于PN结电压、二极管、电阻等不同原理的片上温度传感器。我们将分析它们的精度、响应速度、功耗以及在不同温度范围内的适用性。 数字与模拟传感器的结合： 介绍如何将模拟传感器信号转化为数字信号，以及如何通过ADC（模数转换器）和专用处理单元实现高精度的温度读数。 热成像与红外检测： 讲解非接触式温度测量技术，如红外热像仪在芯片和系统级故障诊断、热点识别中的应用。我们将讨论如何解读热成像图谱，发现隐藏的散热问题。 嵌入式传感器网络与数据融合： 探讨如何在复杂的电子系统中部署多点温度传感器，形成传感器网络，并利用数据融合算法提高温度测量的鲁棒性和准确性。 智能化温度预测与异常检测： 介绍基于机器学习和人工智能的温度预测模型，如何根据历史数据和运行状态预测未来的温度变化趋势，并及时发出异常报警，预防潜在的过热风险。 第三篇：创新的冷却策略与系统优化 在透彻理解热量产生和精准监测的基础上，本书将聚焦于多样化、高效化的冷却技术，从微观的被动散热到宏观的主动冷却，再到颠覆性的新型技术。 被动散热技术深度解析： 导热材料的革新： 详细介绍金属（铜、铝）、陶瓷、石墨烯、碳纳米管等不同导热材料的特性，以及它们在散热片、导热垫、导热界面材料（TIMs）中的应用。 散热器的设计与优化： 探讨翅片结构、热管、均热板等被动散热器件的设计原理，以及如何通过流体动力学和传热学分析优化其散热效率。 自然对流与强制风冷： 分析空气在自然状态下的对流散热，以及通过风扇强制通风提高散热效果的策略。我们将讨论风道设计、风扇选型、噪音控制等关键要素。 主动冷却技术的演进： 液冷系统详解： 深入剖析水冷、油冷等液冷技术，包括水泵、水道、冷排、热交换器的设计与应用。我们将讨论其在高功率密度设备中的优势，以及在服务器、高性能计算、汽车电子领域的广泛应用。 热电制冷（TEC）： 介绍珀尔帖效应在制冷方面的应用，及其在特定场合（如激光器冷却、微电子器件精确控温）的特殊价值。 相变冷却与蒸发冷却： 探讨利用物质相变（如蒸发、冷凝）吸收和释放大量热量的冷却技术，分析其在高密度散热场景下的潜力。 新兴与未来冷却技术展望： 微通道散热器： 介绍在微观尺度上实现高效热交换的微通道技术，及其在微型化电子设备中的应用前景。 纳米流体散热： 探讨在基础冷却液中添加纳米颗粒，如何显著提升其导热性能，为未来超高密度散热提供新思路。 直接芯片冷却（Direct-to-Chip Cooling）： 分析将冷却介质直接作用于芯片表面，实现最直接、最高效热量传递的技术。 集成式热管理系统： 展望未来，散热不再是独立的组件，而是与芯片设计、系统架构融为一体的整体解决方案。 第四篇：系统级集成与环境适应性 热管理并非孤立的技术，它需要与整个电子系统的设计、制造和运行环境紧密结合。《散热革命》将强调系统层面的思考和整体优化。 PCB布局与热路径规划： 讨论印刷电路板（PCB）的布局如何影响热量的传导路径，以及如何通过优化布局来避免热量在关键区域的聚集。 机箱设计与气流管理： 分析机箱的结构、开孔、内部隔板等设计元素对系统整体散热效率的影响，以及如何通过精细的气流管理来优化散热性能。 能源效率与热管理的协同： 探讨如何在实现高效散热的同时，最大限度地降低能耗。我们将分析动态频率调整、低功耗模式等技术如何与散热策略协同工作。 高可靠性与长期稳定性： 强调热管理设计在保障电子设备长期稳定运行中的关键作用，并探讨极端环境（高温、高湿、振动等）下的热管理挑战与对策。 绿色计算与可持续发展： 审视电子设备散热技术对环境的影响，并探讨如何在设计和应用中融入绿色理念，推动可持续的计算发展。 《散热革命：微观至宏观的温度掌控艺术》并非仅仅罗列技术细节，更在于引导读者建立一种全局观的思维模式。从单个晶体管的微观热行为，到整个数据中心宏观的能源消耗，本书将带领读者构建起一个完整、连贯的知识体系。它将帮助您理解为何微小的温度波动会在关键时刻导致系统崩溃，又如何通过巧妙的设计和先进的技术，将严峻的热挑战转化为推动科技进步的强大动力。这本书，是所有致力于创造更强大、更可靠、更高效电子设备的人们的必备读物，是解锁下一代计算潜力的关键钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对前沿技术充满好奇的爱好者，一直对微电子领域的发展动态非常关注。当我在书店看到这本书时，就被它极具吸引力的书名所打动——“集成电路热管理：片上和系统级的监测及冷却”。坦白说，我最初对“热管理”这个词汇并没有非常深刻的理解，但随着阅读的深入，我逐渐被书中庞大而精密的知识体系所折服。它不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于如何“驾驭”集成电路能量的史诗。作者以其深厚的功底，将看似枯燥的理论知识，通过大量的案例分析和图示，变得生动形象，易于理解。我尤其喜欢书中关于“监测”的部分，它让我看到了如何通过精密的仪器和算法，实时感知芯片的“情绪”，并据此做出及时的“干预”。这种主动、智能的散热管理理念，让我对未来电子设备的散热方式充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大惊喜，在于它对于“片上”和“系统级”两个维度之间关系的深度挖掘。我之前一直认为，解决集成电路的发热问题，主要依赖于外部的散热设备，比如风扇、散热片等。但这本书让我明白，芯片本身的结构设计和内部的热量分布，同样至关重要。它详细阐述了如何通过优化电路设计、材料选择等方式，从源头上减少热量的产生，并引导热量向更易于散热的区域转移。而且，书中对各种监测技术——从微观的半导体传感器，到宏观的红外成像——的介绍，让我看到了一个更加智能化、精细化的热管理图景。这种“内功”与“外功”并重，软硬兼施的散热策略，无疑是未来集成电路发展的必然趋势。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！我一直以为集成电路散热只是一个小众的工程问题，但这本书彻底颠覆了我的认知。它不仅仅是堆砌一堆数据和公式，而是以一种非常生动且引人入胜的方式，将复杂的物理原理和工程实践串联起来。从最基础的传导、对流、辐射，到各种先进的散热技术，作者都娓娓道来，仿佛一位经验丰富的老师在手把手地教导。最让我印象深刻的是，书中对“片上”和“系统级”两个层面的区分和深入探讨。以前我只关注芯片本身的散热，但这本书让我意识到，整个系统的协同散热策略才是实现高性能和高可靠性的关键。它详细介绍了各种监测技术，例如热敏电阻、红外热像仪，以及如何利用这些数据来动态调整冷却方案。读完这本书，我感觉自己对电子产品的内部运作以及它们如何被“驯服”有了更深层次的理解，这对于任何一个对电子工程有兴趣的人来说，都是一份宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深电子工程师，我对集成电路的热管理问题一直深感困扰。近年来，随着芯片性能的飞速提升，散热问题已经成为制约其发展的瓶颈之一。我阅读过不少关于此领域的书籍，但大多数都停留在理论层面，缺乏实际的应用指导。而这本书却完全不同，它将理论与实践完美结合，不仅深入浅出地介绍了各种热管理的基本原理，更提供了大量实用的监测和冷却技术。作者的叙述逻辑清晰，语言精炼，而且对细节的把握十分到位。书中关于“系统级”热管理的论述，尤其让我眼前一亮。它打破了我原有的思维定势，让我认识到，要实现高效的热管理，必须从整个系统的角度出发，进行全局优化。这本书为我解决实际工程问题提供了宝贵的思路和方法，我强烈推荐给所有从事电子设计和研发的同行们。

评分☆☆☆☆☆

我是一名业余的电子爱好者，对各种新奇的技术总是有着强烈的兴趣。当我偶然看到这本书时，就被它充满了科技感的标题所吸引。尽管我不是专业的工程师，但书中深入浅出的讲解方式，让我能够轻松理解那些看似高深的专业知识。我尤其喜欢书中关于“监测”的章节，它让我看到了科学家们是如何通过各种巧妙的工具，去“倾听”芯片的“心跳”，感知它的“体温”。书中对于不同散热技术的介绍，也让我对电脑、手机等电子产品内部的构造有了更深的认识。这本书让我觉得，原来集成电路的热管理并非遥不可及，而是与我们的日常生活息息相关。它激发了我进一步探索电子工程奥秘的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

书还可以，缺少光盘

评分☆☆☆☆☆

宝贝很好，是正品，必须好评！

评分☆☆☆☆☆

老公买来看的，也不知道有作用没有，呵呵

评分☆☆☆☆☆

下载的实例打不开，不知道为什么，影响到学习了

评分☆☆☆☆☆

书很好，是正版的，快递和很快！

评分☆☆☆☆☆

热设计工具书，学习经验。

评分☆☆☆☆☆

很实用，值得购买

评分☆☆☆☆☆

新书，京东就是放心。书质量很好。

评分☆☆☆☆☆

好！！！！