System Analysis Knowledge Bytes: Cadence Celsius Thermal Solver: FEAとCFDによる完全な熱ソリューション

System Analysis Knowledge Bytesブログシリーズでは、Cadence®が提供するシステム解析ツールの機能と可能性について説明しています。 このシリーズは、この分野での役立つ機能等に関する学識を提供することに加えて、システム解析に関連する知識と経験を共有するブロガーと専門家の意見を放送することを目的としています。

最新の電子システムが小型化に向かって進化するにつれて、電子部品の貢献はすべての業界で日々増加しており、需要が増加するにつれて、何十億ものトランジスタが IC に追加されています。これにより、電力と熱の問題がますます複雑に広範囲に及び、システムのどこでも発生する可能性があります。 熱を考慮した設計は機械エンジニアの仕事と見なされることがよくありますが、基本的な問題は電気システムにあります。どういうことか見てみましょう。

電気システムには複数の回路があります。各回路は電力を消費し、発熱につながる可能性があります。 複数の回路によって特定の場所で発生する熱が限界を超えると、システムの機能に影響を与え、PCBや部品を損傷することさえあります。このような場合、PCB 製造前にシステム全体の温度のホットスポットまたは温度分布を見つける方法があればどうでしょうか？

このブログでは、Cadence^® Celsius Thermal Solverが、電気エンジニアの熱を考慮した設計をリアルタイムでシステム障害を回避するのに、どのように役立つかを見ていきます。Celsius Thermal Solverは、Dieレベル、ICパッケージ、基板からシステム物理エンクロージャまで階層全体に対する完全な電気と熱の協調シミュレーションのパッケージになります。電気設計チームが熱の問題を早期に検出して軽減し、電子システム開発の反復を減らすことで、コストのかかるリスピンを回避できるようにする解析とデザインの洞察を提供します。

Celsius Thermal Solverが他社より突出しているのは何故？  

Celsius Thermal Solverは、3D解析精度と革新的なマルチフィジックステクノロジにより、システム全体の拡張性を提供し、複数の電力プロファイルと放熱増加という課題に対処します。 これは、固体構造の有限要素解析 (FEA) と流体の計算流体力学 (CFD) の独自の組み合わせによるもので、単一のツールで完全なシステム解析を可能にします。FEAとCFDフィールドソルバーを組み合わせることで、システム全体の詳細な解析だけでなく、クラウドコンピューティングを活用してスループットを最大化しながら、チップ、パッケージ、基板設計の詳細な熱モデル解析を行うことができます。

温度差と流体の流れとの相互作用による熱流束の物理現象は、共役熱伝導(CHT) として知られています。 簡単に言えば、熱伝達解析では、伝導、対流、および放射を調べて、エネルギーがどのように伝達されるかを判断します。 熱伝達シミュレーションとモデリングを CFD モデルに適用することは、熱管理の可能性の全世界を開くことを意味します。

形状のメッシングは、CFD ワークフローで最も初期で、且つ、潜在的に最も影響力のあるステージです。メッシングは、精度、収束、およびシミュレーションプロセス効率に影響を与えます。Celsiusのロバストな形状処理機能により、高品質のメッシュの作成に必要な時間が短縮され、電気解析と熱解析を組み合わせた電気/熱の両方の流れを解析し、従来ツールと比較して、より正確なシステムレベルの熱シミュレーションを行うことができます。

さらに、Celsius Thermal Solver は、高度な 3D および応力構造における実際の電力の流れに基づいて、静的（定常状態）および動的（過渡）の電気と熱の協調シミュレーションを実行し、現実世界のシステム動作を可視化します。

エレクトロニクス設計者チームが電気設計レベルで熱問題を解析できるようにし、つまり熱解析のオーナーシップが共有されることにより、Celsius Thermal Solverは設計のやり直しを減らし、従来のソリューションでは不可能だった新しい分析と設計の洞察を提供できます。さらに、Celsius Thermal Solverは、あらゆるオブジェクトについて詳細な粒度で大規模なシステムを正確に解析します。これは、IC のような小さな構造とシャーシのような大きな構造と共にモデル化できる最初のソリューションです。

設計者は、固体の熱誘起応力と歪みの正確なシミュレーションにより問題のある領域を特定し、コストのかかる製品の信頼性問題を回避できます。Celsiusは、最大10 倍高速なパフォーマンスを提供する事実上無制限の超並列計算ソルバーを備えています。これは、3D 構造を解くために必要な数学的タスクを並列化することで、マルチコアコンピューティングリソースを活用することで実現されます。複雑な構造の場合、ターンアラウンドタイムが数週間から1日以下に短縮されます。この業界をリードする並列化テクノロジにより、メッシュ構造と物理構造の両方を可能な限り多くのコンピューターおよびコアにわたって分割および並列化できます。

もう1 つの差別化要因として、Celsius は、あらゆる設計レベルでの様々なツールと統合されています。Allegro® PCB Designer、AWR Design Environment^®、Innovus^TM Implementation System、Virtuoso^® System Design PlatformやVoltusTM IC などケイデンスのチップ, パッケージ, および PCB 設計プラットフォームと統合されたパワーインテグリティのソリューションが1つの環境で提供、データ共有され、ワークフローとユーザーインターフェイス間の自動化が可能になり、IC からPCB へ設計ワークフローが再生成されます。

そのため、Celsius は精度、解析スピード、無制限の容量を備えた完全なサーマルソリューションです！

 

Related Resources 

Datasheet	Celsius Thermal Solver
Product Manual	Celsius Thermal Solver User Guide
Video	Cadence Celsius Thermal Solver

 

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Sivaprakasam Somasundaram

 

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Author: Sivaprakasam S

Translator: Takuya Moriya

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