NVIDIA nutzt thermische Kompaktmodelle, um die Entwicklung von Systemen mit dem NVidia nForce TM4 zu beschleunigen


Eine grafische Darstellung des NVIDIA nForce TM4 Prozessors mit der Simulation der Temperatur (links) und den normalen Farben des Chips (rechts)."

September 2005

NVIDIA® hat die Vorteile thermischer Kompaktmodelle genutzt, um in kürzerer Zeit die Bauform ihrer neuen NVIDIA nForce TM4 Media- und Kommunikations-Prozessoren zu optimieren und die thermischen Entwicklungsrichtlinien zu erstellen. NVIDIA optimiert die Bauform seiner Produkte, um ihre thermischen Eigenschaften zu verbessern, ihren Raumbedarf zu minimieren und den Kunden für eine einfachere Systementwicklung detaillierte Richtlinien zur Thermik an die Hand zu geben.

NVIDIA hat ein neues Verfahren entwickelt, das bei der Simulation der thermischen Eigenschaften neuer Produkte sehr viel Zeit spart. Dieses neue Verfahren nutzt die Web-basierte Software "FloTHERM.PACK" von Flomerics, um schnell und effizient Modelle der thermischen Eigenschaften – sog. Kompaktmodelle – zu erzeugen, die mit hoher Genauigkeit die thermischen Eigenschaften in einer beliebigen Umgebung beim Endanwender darstellen.

„Wir beschreiben einfach die Größe und die Verlustleistung sowie die Eigenschaften des Bauteils, z.B. die Größe des Substrats und die Anzahl der Anschlüsse, auf der FloTHERM.PACK-Website und klicken auf Start", erklärt hierzu Mark Hemmeyer, Mechanik-Ingenieur bei NVIDIA. "Anschließend erzeugt die Website ein thermisches Kompaktmodell, das die Temperatur der verschiedenen Elemente innerhalb des Bauteils unabhängig von der Umgebung, in der es eingesetzt wird, zuverlässig vorhersagt."

Für eine typische Version des NVIDIA nForce4 untersuchte Hemmeyer verschiedene Bauformen mit dem Ziel, das Bauteil über einen Kompromiss aus seiner Größe und seinen thermischen Eigenschaften zu optimieren. „Als wir noch mit einem vollen Modell der Geometrie des Gehäuses und des Chips gearbeitet haben, hat dieser Vorgang mindestens eine Woche gedauert. Das neue Verfahren erlaubt eine ausgiebige Bewertung der thermischen Eigenschaften, lange bevor wir den ersten Wafer anfertigen. Es sind nur minimale Tests am Objekt erforderlich, um während der zeitkritischen späteren Stadien des Entwicklungszyklus die Genauigkeit unserer Simulationen zu überprüfen."

Hemmeyer hat auch eine Anleitung zum thermischen Design erstellt, die Antworten darauf liefert, ob bei bestimmten Umgebungstemperaturen und Luftströmungen ein Kühlkörper erforderlich ist und welche Art von Kühlkörper die beste Leistung liefert. Um derart detaillierte Informationen zu den thermischen Eigenschaften zu erhalten, hat Hemmeyer die Kompaktmodelle "two-resistor" und "Delphi" für das endgültige Bauteil von der Flomerics Website übernommen und in FloTHERM, die Software zur thermischen Simulation, importiert. In der FloTHERM-Umgebung entwickelte er anschließend für den Zielmarkt des Chips – High-End Desktopsysteme – verschiedene Musterlösungen.

„In FloTHERM kann ich mit verschiedenen Umgebungen experimentieren und die Auswirkungen eines geringeren Luftstroms über das Bauteil auf die Temperatur der Sperrschicht analysieren", so Hemmeyer. „Beim NVIDIA nForce4 habe ich zuerst eine Anzahl aktiver und passiver Kühlkörper untersucht und aus jeder Gruppe je einen ausgesucht, der die beste Leistung lieferte. Dann habe ich den Prozessor bei verschiedenen Geschwindigkeiten, Luftströmen und Verhältnissen auf der Leiterplatte – jeweils ohne Kühlkörper sowie mit einem aktiven und einem passiven Kühlkörper - simuliert. Mit den Ergebnissen konnte ich ein detailliertes technisches Dokument erstellen, das unseren Kunden genau erklärt, was benötigt wird, um den Baustein unter einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen ausreichend zu kühlen."

In ersten Testberichten haben die neuen Errungenschaften des NVIDIA nForce4 großen Anklang gefunden. Dazu gehört NVIDIA "ActiveArmor", eine vom Endanwender nutzbare Firewall mit Hardwarebeschleunigung direkt auf dem Chip, Unterstützung der SATA 3Gb/s Festplatten der nächsten Generation, natives Gigabit Ethernet sowie fortschrittliche Optionen zur Übertaktung mit Hilfe der Softwareanwendung nTune des Unternehmens.

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