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基于芯片温度感知负载调度的数据中心能耗优化

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华北电力大学学报（自然科学版） 2018年第6期45卷 100-106页

作者：谷丽君白焰华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

数据中心的高能耗日益成为限制其快速发展的瓶颈问题,通过服务器集群的负载调度可以有效改善数据中心热环境并实现节能降耗。传统的入口温度感知负载调度只考虑了芯片温度过高对服务器工作可靠性的影响,而没有意识到芯片温度过低导致的... 详细信息

数据中心的高能耗日益成为限制其快速发展的瓶颈问题,通过服务器集群的负载调度可以有效改善数据中心热环境并实现节能降耗。传统的入口温度感知负载调度只考虑了芯片温度过高对服务器工作可靠性的影响,而没有意识到芯片温度过低导致的冷却能耗浪费。基于热循环系数矩阵和服务器传热模型提出的芯片温度感知负载调度策略通过合理优化负载分配避免了服务器的过冷和过热,并降低了数据中心的冷却系统功耗。将芯片温度感知负载调度策略应用到典型的数据中心模型,仿真结果表明:芯片温度感知负载调度策略可以有效实现数据中心节能。

关键词：数据中心芯片温度负载调度冷却功耗 CFD仿真

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数据中心水冷背板系统的实验及模拟研究

数据中心水冷背板系统的实验及模拟研究

作者：于传波湖南大学

学位级别：硕士

为了满足物联网、人工智能等计算密集型技术对算力的要求,我国数据中心的规模不断扩大,功率密度不断提升,导致数据中心能耗持续增长。2020年,我国数据中心总用电量已达2000亿千瓦时,约占当年全社会总用电量的2.7%,其中空调系统能耗约占... 详细信息

为了满足物联网、人工智能等计算密集型技术对算力的要求,我国数据中心的规模不断扩大,功率密度不断提升,导致数据中心能耗持续增长。2020年,我国数据中心总用电量已达2000亿千瓦时,约占当年全社会总用电量的2.7%,其中空调系统能耗约占数据中心总能耗的40%,降低冷却系统能耗是降低数据中心能耗的重要举措。背板系统只需要对机柜后门进行替换和改进,适用于使用普通规格机柜数据中心得建设和老旧数据中心的改造。在高机柜功率密度下,水冷背板系统可以通过增大水流量增大系统换热量,来满足高功率密度机柜的冷量需求,具有较大的应用潜力。本文通过实验和模拟研究了冷却水进水温度、冷却水流量、背板风量、等运行参数对水冷背板换热性能和冷冻水流量、机柜出风温度等运行参数的影响。通过耦合稳态换热模型和机柜物理模型,进一步研究降低背板风量对服务器芯片温度的影响,使数据中心安全节能运行。首先,搭建了机柜用水冷背板冷却的试验台,研究了冷却水进水温度、冷却水流量和背板风量在不同服务器负载下对系统换热性能的影响,并为稳态换热模型的建立做基础。结果表明,冷却水进水温度升高,背板风量降低,换热量降低,在低服务器负载（4k W）时,冷却水进水温度升高8℃,换热量降低19%,背板风量降低60%,系统换热量减少14%;冷却水流量增大,换热量增大,在中服务器负载（8k W）时,冷却水流量增大0.5 m/h,系统换热量增大12%。其次,采用效能-传热单元法（ε-NTU法）建立了水冷背板系统稳态换热模型,并与实验数据对比将模型进行了验证。基于稳态换热模型,在满足机柜冷量需求的基础上,研究了冷却水进水温度对冷冻水和冷却水流量的影响,以及背板风量对冷冻水和冷却水流量、服务器和机柜排风温度的影响。模拟结果表明,冷却水进水温度升高,冷冻水和冷却水流量升高;背板风量在中高风量（600～1600 m/h）降低时,对冷冻水和冷却水的影响不大,在低风量（200～600 m/h）降低时,冷冻水和冷却水的流量升高。最后,基于芯片、服务器和机柜的机构和运行参数,在ICEPAK中,建立了机柜物理模型,并与水冷背板系统稳态换热模型耦合,耦合模型描述了热量由芯片经水冷背板系统传递到室外冷源的全部换热过程。在稳态换热模型关于背板风量模拟计算的基础上,研究了降低背板风量对芯片温度的影响。研究结果表明,在保证服务器排风温度不超过60℃的条件下,在服务器负载为4k W时,降低背板风量75%,芯片温度升高到84℃,低于芯片安全温度（85℃）,冷却系统的运行能耗降低48%。

关键词：数据中心水冷背板自然冷却换热性能芯片温度

基于内置温度传感器的碳化硅功率模块结温在线提取方法

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电工技术学报 2021年第12期36卷 2522-2534页

作者：刘平李海鹏苗轶如陈常乐黄守道湖南大学电气与信息工程学院长沙410082

碳化硅(SiC)MOSFET具有耐压高、开关速度快、导通损耗低等优点,将越来越广泛地应用于高效、高功率密度场合。在这些应用场合中,SiC MOSFET面临着严峻的可靠性考验,而结温的在线准确提取是实现器件寿命预测和可靠性评估的重要基础。该文... 详细信息

碳化硅(SiC)MOSFET具有耐压高、开关速度快、导通损耗低等优点,将越来越广泛地应用于高效、高功率密度场合。在这些应用场合中,SiC MOSFET面临着严峻的可靠性考验,而结温的在线准确提取是实现器件寿命预测和可靠性评估的重要基础。该文提出一种基于功率模块内置负温度系数(NTC)温度传感器的器件结温在线提取方法。首先建立考虑多芯片热耦合效应的内置温度传感器至功率芯片的热网络模型,并建立SiC MOSFET的损耗快速计算方法;通过有限元仿真提取热网络模型的阻抗参数,并验证该热网络参数在不同边界条件下的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出的结温在线估计方法能够准确地获得器件的动态结温,且热网络模型参数不受环境温度、散热条件等边界条件变化的影响,适用于实际任务剖面下的结温监测与寿命预测。

关键词：负温度系数温度传感器 SiC MOSFET 热网络模型芯片温度

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DFB-LD在不同温度下的频响测量

半导体光电 2006年第1期27卷 28-29,41页

作者：宋海鹏温继敏陈城祝宁华中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室北京100083

利用脉冲注入法测量了分布反馈激光器(DFB-LD)芯片温度与激射波长的关系。基于此关系测量了不同芯片温度下分布反馈激光器的小信号响应曲线、传输眼图和误码率,并讨论了温度、偏置电流对响应曲线、传输眼图和误码率的影响。

关键词：激光技术频率响应芯片温度脉冲注入

300W级大功率COB封装LED的热学特性仿真

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光源与照明 2022年第5期 54-57页

作者：彭华镇温作杰刘建平李炳乾冯振聪五邑大学应用物理与材料学院广东江门529020 中山市木林森电子有限公司广东中山528421

针对300 W级封装LED光源,文章建立了大功率COB封装LED的热学仿真模型,采用Icepak软件对其进行了热学特性仿真,模拟并分析了基板类型、固晶层厚度和热导率对COB器件的散热性能影响。研究表明:基板材料的热导率越高,芯片的最高温度越低,... 详细信息

针对300 W级封装LED光源,文章建立了大功率COB封装LED的热学仿真模型,采用Icepak软件对其进行了热学特性仿真,模拟并分析了基板类型、固晶层厚度和热导率对COB器件的散热性能影响。研究表明:基板材料的热导率越高,芯片的最高温度越低,镜面铝基板芯片最高温度为103.7℃,AlN陶瓷基板芯片最高温度为103.2℃,Al_(2)O_(3)陶瓷基板芯片最高温度为114.2℃,金属基复合基板芯片最高温度为116.3℃;增加固晶层的厚度,芯片的温度随之增加,二者近似为线性关系,当固晶层厚度从5μm逐渐增加到50μm时,芯片最高温度由原来的88.39℃增加到115.79℃;随着固晶层的热导率增加,芯片的温度逐渐下降,二者呈反函数关系,固晶层热导率从0.5 W/m·K增加到20 W/m·K时,芯片最高温度从134.48℃下降到90.37℃。

关键词： COB封装大功率COB 芯片温度 Icepak

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附加静态功耗电流与系统设计者的关系

微电子学与计算机 1998年第3期15卷 12-14页

作者：邵金仙西安微电子技术研究所西安710054

本文论述了管芯温度对器件可靠性的影响、附加静态功耗电流Icc△的概念、Icc△的产生机理以及影响Icc△的内外部因素，提醒电子系统设计者必须对HCT系列电路的Icc△引起重视，确保系统的可靠性。

关键词：芯片温度系统设计者半导体器件可靠性

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笔记本散热器的翅片形状对散热的影响

笔记本散热器的翅片形状对散热的影响

作者：侍书成苏州大学

学位级别：硕士

目前笔记本厚度越来越薄,性能越来越高,散热器的翅片形状成为限制笔记本厚度和性能的主要因素。当前散热器翅片结构不是最优的。当空气流经散热翅片时,由于存在翅片对空气的阻抗,空气在翅片的进出口会产生压降,流量流速随之减小。此时... 详细信息

目前笔记本厚度越来越薄,性能越来越高,散热器的翅片形状成为限制笔记本厚度和性能的主要因素。当前散热器翅片结构不是最优的。当空气流经散热翅片时,由于存在翅片对空气的阻抗,空气在翅片的进出口会产生压降,流量流速随之减小。此时翅片的散热面积与空气换热系数处在非最佳平衡状态,散热器的散热性能不是最优。本论文从翅片间距、翅片高度、翅片出风口处折弯、翅片穿孔,同时考虑散热面积和换热系数的相对平衡为研究重点。首先查阅国内外对散热的相关文献,了解目前笔记本散热器相关领域的研究状况及其优缺点,其次散热仿真理论和实际相结合,选择目前的主流的商业软件Flotherm,最后建立合理边界条件的笔记本热仿真模型。采用了实物样品实验和软件模拟数据对比分析的方法,解决散热面积和换热系数相对平衡问题。由于换热系数与空气流量流速耦合性强,需要研究翅片散热面积和空气流量这两个参数。本文的空气流量是恒定值,用具体的翅片尺寸反映散热性能。根据研究结果,最后针对三星某款笔记本电脑获得了翅片间距在1.2mm,高度7.4mm,折弯0.2mm,开孔2mm*2mm散热器性能最优。芯片温度最低。同时使散热器的厚度由原来的7.8mm降低至7.4mm,下降5.12%。由于散热性能得到提升,三星NP500R5H-X09,NP500R5H-X07笔记本已采用目前的散热器的翅片结构,在本论文撰写期间,在三星公司申请了一项实用新型专利,风冷散热单元及具有该风冷散热单元的笔记本电脑。

关键词：空气阻抗对比分析翅片间距翅片高度翅片折弯,翅片穿孔芯片温度

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集成加热恒温检波电路及温度稳定系统设计

半导体技术 1987年第5期 26-31页

作者：蒋敦斌郭宝平陕西机械学院自控系器件教研室

本文介绍采用一种新颖的加热、检温方式,设计研制集成加热恒温检波电路.详细地给出了电路及其集成加热芯片的设计,并对不同封装形式的加热功率和芯片温度分布作了对比分析.最后给出了电路布局与研制工艺方案.

关键词：检波电路芯片温度检波二极管封装形式

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N阱CMOS全兼容技术

半导体技术 1987年第1期 26-30+25页

作者：童勤义陈德英唐国洪庄庆德黄金彪南京工学院

近几年来,单用一种工艺难于获得各种不同要求的性能,例如双极型电路速度比较高,导通电阻比较小,但功耗较大,而且输入阻抗比较小,比较适合于高性能的模拟应用;又如MOS电路能获得高的输入阻抗、低的功耗,但速度不够理想,比较适合于数字电... 详细信息

近几年来,单用一种工艺难于获得各种不同要求的性能,例如双极型电路速度比较高,导通电阻比较小,但功耗较大,而且输入阻抗比较小,比较适合于高性能的模拟应用;又如MOS电路能获得高的输入阻抗、低的功耗,但速度不够理想,比较适合于数字电路;I;L能使集成度比较高……,在VLSI电路中主要集成的是标准的数字电路.由于VLSI技术的发展,把一个电子系统或于系统集成在一个硅芯

关键词： CMOS NMOS 高压器件漂移区耗尽区夹断高压管导通电阻漏区双极型芯片温度