Concevoir les équipements électroniques de demain
Les défis pour refroidir l’électronique sont de plus en plus grands
La miniaturisation des composants et l’augmentation de la densité de puissance génèrent plus de chaleur dans des espaces réduits, tout en exigeant une fiabilité et une durée de vie accrues. La gestion thermique est un pilier du processus de développement, une phase essentielle à démarrer au plus tôt.
Les puissances des CPU et des GPU explosent. Extraire la chaleur pour maintenir leur fiabilité et leur performance est un véritable défi thermique. L’arrivée de l’IA accélère la nécessité de trouver des solutions innovantes.
Nos usages s’électrifient. Certaines applications, comme la charge des véhicules électriques, font intervenir de forts courants avec des contraintes thermiques nouvelles.
Les réseaux de télécommunication, maillon essentiel de nos vies digitales, opèrent dans des environnements de plus en plus sévères. Assurer leur bon refroidissement requiert une analyse sérieuse.
Les concepteurs doivent gérer :
- La dissipation de chaleur dans des espaces limités
- La réduction du bruit (ex : éviter les ventilateurs)
- L’efficacité énergétique et la durabilité des composants
- Les contraintes environnementales (température, humidité)
Les leviers pour limiter les effets de la chaleur dès la conception existent :
- Choisir des composants à faible dissipation thermique quand cela est possible
- Augmenter la section des pistes du circuit imprimé
- Utiliser des couches de cuivre dédiées à la dissipation
- Ajouter des dissipateurs de chaleur, des caloducs, des plaques froides
- Placer stratégiquement les composants pour éviter les points chauds
Leur marge de manœuvre est étroite avec des contraintes importantes de :
- Temps de mise sur le marché
- Coûts
La simulation numérique permet d’anticiper les points chauds et de trouver des solutions
Les différents acteurs du projet doivent travailler ensemble. Une approche isolée mène à des corrections coûteuses. La coordination précoce entre concepteurs électroniques, mécaniques et thermiciens permet d’intégrer les contraintes thermiques dès le début. On évite ainsi les problèmes en aval.
La force des outils de simulation de Cadence est de proposer des logiciels pour adresser les différentes problématiques rencontrées : thermique, mais aussi stress mécanique, intégrité de signal, compatibilité électromagnétique etc. dans un environnement unifié. Le logiciel de simulation thermique Celsius EC est un maillon essentiel de cette chaîne d’outils.
L’approche par simulation permet d’éviter la réalisation de nombreux prototypes coûteux. Elle explore un nombre beaucoup plus grand de scénarios. Il est alors possible d’optimiser le système de refroidissement.
Les avantages pour les entreprises qui adoptent une approche thermique intégrée dès le début de la conception sont multiples :
- Rapidité : Réduction des itérations de design.
- Qualité : Produits plus fiables et durables.
- Compétitivité : Meilleure maîtrise des coûts et des délais.
L’organisation des flux d’air est simulée pour connaître la température des composants critiques