史上最全的Flotherm軟件與Icepak軟件比較
電子產品的散熱問題一直是大家關注的重點之一，嚴峻的市場競爭下電子產品的開發(fā)周期越來越短，散熱設計也成為質量及效率的關鍵點。作為輔助工具，熱仿真軟件的高效率、低成本以及便捷地可視化分析，使其在熱設計中的作用越來越突出。
在電子散熱領域，F(xiàn)lotherm和Icepak是當今最流行的兩個仿真軟件，各有特點，下面我們就從市場份額、易用性、模型庫等方面比較一下這兩個軟件。
1988年，F(xiàn)lomerics公司推出Flotherm軟件，從此，F(xiàn)lotherm開始了如火如荼征服全球電子散熱市場的征程。2008年Mentor公司并購Flomerics Group PLC之后，整合之前Flomerics公司與Mentor公司資源，成立了一個全新的部門——Mechanical Analysis Division（MAD）,延續(xù)并強化FloTHERM軟件產品的研發(fā)、市場營銷、銷售、技術支持以及在全球范圍內提供咨詢服務，并成為電子設備散熱分析領域的領跑者，其市場占有率一直排名全球第一，占有率高達80%。
Icepak軟件由Fluent公司專門為電子產品工程師定制開發(fā)的專業(yè)的電子熱分析軟件，但Icepak產品并非該公司主打產品，研發(fā)團隊規(guī)模較小，發(fā)展至今市場份額遠低于Flotherm。
Flotherm軟件全球用戶市場調查96%愿意推薦此仿真工具應用在電子電力領域研發(fā)中。軟件設計符合框架簡單，經過廠家短期培訓便可著手進行電子電力等方面的熱設計及分析。
A) Flotherm軟件的建模以Smartpart為主，其模塊化的建模思路，可以使用戶在使用過程中完全如搭建積木的方式完成主體建模過程，進而使建模效率大大提高，用戶建模操作方便高效；
B) Flotherm的網(wǎng)格劃分是以自動化為主，局部加密為輔，幾分鐘就可以完成。網(wǎng)格質量魯棒性很好，仿真結果與網(wǎng)格相關性很小，即使剛開始入手的熱分析工程師也可以得到很精準的仿真結果。
C)能對輸入的幾何體局部或全局進行熱阻網(wǎng)絡模型構建，省去詳細模型構建，此方法可以大大節(jié)省建模和仿真周期。
Icepak軟件主要依托于其公司通用CFD的Fluent求解器及IcemCFD通用網(wǎng)格劃分模塊。使用者最好是要有計算流體分析背景才能很好的掌握使用。
A) ICEM網(wǎng)格劃分模塊軟件，并非專為電子散熱行業(yè)開發(fā)，其主要用于通用CFD應用中，工程師需花費較大精力去學習如何構建網(wǎng)格和提供網(wǎng)格質量，網(wǎng)格魯棒性不是很好，不同的網(wǎng)格劃分經常會產生差異較大的結果，要得到一個較好質量網(wǎng)格需要較長時間的經驗積累。
B)其求解器也是基于通用CFD應用的基礎上，用戶特別是電子機械工程師方面的用戶在面臨求解器模型選擇問題上會有很大出入，需要很強的流體力學背景才能選擇出較好的計算模型去仿真分析，否則計算結果會不收斂。
基于互聯(lián)網(wǎng)的IC封裝在線熱分析模型庫【www.flopack.com 】是Mentor公司聯(lián)合Philips公司、ST微電子、Infineon英飛凌、Nokia諾基亞公司及布達佩斯大學、TIMA、MICReD等研究機構共同承擔的PROFIT項目成果，工程師僅需要輸入芯片封裝的外觀參數(shù)就可以自動獲得IC內部詳細熱結構的FLOTHERM精確模型和與環(huán)境無關的DELPHI簡化模型；FLOPACK網(wǎng)站支持全球所有主流廠家的關鍵IC器件封裝類型并在互聯(lián)網(wǎng)上實時升級更新。目前FLOPACK模型已被JEDEC組織定為全球IC熱分析標準模型,也是業(yè)內最權威最豐富的電子封裝模型數(shù)據(jù)庫。
雖說Icepak軟件目前也有類似的庫，但從模型庫的豐富程度及準確程度來說，還是不足以與Flotherm相提并論。
1） Flotherm 從屬于Mentor公司，Mentor公司是全球三大EDA行業(yè)的領跑者，故熱分析軟件和EDA接口之間建立了更好的溝通接口。Flotherm可以直接讀取Allegro, Mentor, Zuken等主流EDA公司的PCB板及其器件的幾何信息和每層銅線分布，保證了熱仿真的準確性。并且目前Flotherm版本可以考慮PCB板內銅線產生的DC產生的焦耳熱，對于大功率板子在熱分析方面是非常有必要考慮的。其它同類軟件是無法做到這一點的。
2） 在CAD接口方面，不但完全支持通用的CAD格式如IGES、SAT、STEP、STL，DXF等格式，而且也可以直接讀入如Solidawork, ProE,Catia等主流三維實體模型。再結合其自身的Smartpart架構和Flopack網(wǎng)上在線數(shù)據(jù)庫使得FLotherm在模型構建方面效率大大提高。
3） 目前版本的Flotherm可以直接讀取硬件測試工具如T3Ster測試的器件從結構到環(huán)境的熱阻分布數(shù)據(jù)，這一特點可以規(guī)避在仿真軟件中各種物質導熱系數(shù)參數(shù)的不確定性，直接從硬件測試的數(shù)據(jù)中在Flotherm中建立起熱阻網(wǎng)絡模型，進行快速分析。
Icepak因為是從屬于Ansys公司，其背景是機械強度領域方面，且其主流的流體軟件是Fluent，所以在EDA接口方面無論從開發(fā)力度和銜接鏈條方面都是距flotherm有很大差距的。CAD接口方面，目前版本還是可以的。ICEPAK在和電子器件熱特性測試方面的銜接很匱乏，因為其公司的主攻方向不在這里。
Command Center：簡稱CC模塊，是Flotherm軟件獨有的優(yōu)化設計模塊，集成在Flotherm的軟件框架內，用戶可以對幾乎任何設計變量如風扇與通風孔、散熱片等的位置、尺寸、形狀、材料，網(wǎng)格等進行全方位的優(yōu)化，還會自動將各種設計組合在仿真結束后生成分析結果圖表報告并提示選擇最優(yōu)設計方案。CC模塊中擁有先進的DOE(Design of Experiment)和RSO響應面模型，可以指導客戶快速的比較設計方案，選出最優(yōu)方案，另外其另一強大的SO(Sequential Optimization)優(yōu)化模型可以進行全局及多目標優(yōu)化。
由于Icepak軟件由于其網(wǎng)格是依托于通用CFD思路構建的，在優(yōu)化過程中網(wǎng)格質量調整需人為參與太多，而軟件要進行結構優(yōu)化時，網(wǎng)格密度勢必變化，故很難保證優(yōu)化質量。
Flotherm使用Monte-Carlo法結合射線追蹤法，具有同Sinda等專用軟件類似的輻射計算精度。不但全面計算物體間的灰體輻射，還可以計算太陽輻射對設備的影響。獨有高精度輻射計算模式，非常適合密封結構電子機箱的熱分析。
對于太陽輻射，軟件充分考慮了太陽輻射與普通紅外輻射的波段不同(太陽輻射主要集中在紫外段和可見光段，其表面吸收率和紅外輻射是不一樣的)，同時可以考慮半透明物質的對太陽輻射的吸收和反射和透射，以及折射效果。
同時Flotherm可以考慮環(huán)境的瞬態(tài)模擬，可以對戶外設備處于變化環(huán)境下的瞬態(tài)模型。
Icepak太陽輻射采用類似燈泡照射的方法來處理，本身就無法模擬真實的太陽照射，不但要工程師自己確定照射角，而且輻射能分布也不是平行光束，其計算結果有明顯誤差。
Flotherm針對電子散熱領域，采用當前最先進的多層非連續(xù)（嵌入式網(wǎng)格，且嵌入網(wǎng)格的使用幾乎沒有限制）網(wǎng)格技術，不但網(wǎng)格生成容易，而且計算快速快速穩(wěn)定，并且其零部件的網(wǎng)格可以打包成單元，在系統(tǒng)級模型中直接調入即可完成，既保證了分析精度又節(jié)省了計算時間。經過20多年的實踐檢驗，此類網(wǎng)格設計從計算精度和速度上，非常適合電子散熱行業(yè)領域。
Icepak網(wǎng)格劃分依托于ICEM網(wǎng)格生成器，并非專為電子散熱行業(yè)開發(fā)，其主要用于通用CFD中。網(wǎng)格構建過程對于非計算流體專業(yè)背景的工程師難度是較大的，學習周期較長，網(wǎng)格的魯棒性較弱，不同的網(wǎng)格劃分往往會導致計算結果差別較大，甚至計算不收斂。
Icepak支持非結構的網(wǎng)格，但計算速度慢、內存占用較大，最大支持的網(wǎng)格數(shù)在100萬左右。
Flotherm軟件的計算速度是目前同類軟件中占用硬件資源最少，速度最快的求解器。單機32位操作系統(tǒng)2G內存，可以求解300-400萬網(wǎng)格的大模型。如果是64位操作系統(tǒng)1000萬網(wǎng)格的案例也是沒問題的，一般的中等的模型只需幾十分鐘計算即可完成。
l Icepak軟件要在普通32位臺式電腦上運算200萬網(wǎng)格的模型就已經很苦難了，一百萬網(wǎng)格以內有時也會經常計算中斷，對于目前的電子設備高密度的趨勢，達到一百萬網(wǎng)格甚至幾百萬網(wǎng)格也是很正常的，故在計算規(guī)模及速度上較Flotherm差距較大。
在計算時，Icepak軟件在Fluent求解器和ICEMCFD網(wǎng)格計算時必須對網(wǎng)格進行投影計算，計算時間很慢。
Flotherm的后處理功能在目前同類電子散熱分析軟件里在指導設計和分析方面是最針對性的。其后處理結果可以幫助工程師直觀地，有針對應的對其產品熱性能進行全面評估，具體特點如下：
A) 獨創(chuàng)的熱瓶頸（Bn）,熱捷徑（Sc） 參數(shù)不僅是用戶能夠定量定性的分析當前設計方案下的熱性能情況，而且更有針對性的指導用戶去改進不合理的熱結構。此類參數(shù)是電子熱分析領域的一次小小飛躍。
B) 動態(tài)的示蹤粒子軌跡動畫顯示，不但可以在三維空間觀察流體的運動狀態(tài)，還可以觀察到真實的熱流狀態(tài)；同時可用顏色表示溫度、速度、壓力等在不同空間位置的變化，可以使用戶更加清楚目前流場的溫度，速度，壓力等參數(shù)的變化；
C) 瞬態(tài)分析中任何求解量隨時間變化的圖形和曲線都可以任意的顯示出來；
D) 定量的數(shù)據(jù)可以通過excel表直接輸出，方便進行數(shù)據(jù)處理。
ICEPAK因其依托于通用CFD應用領域，在電子散熱領域方面其數(shù)據(jù)的豐富性及其對電子設計方面針對性指導性較Flotherm要弱一些。
Flotherm軟件提供了完整的電子電力散熱集成分析工具平臺，包括：
a) IC熱封裝模型庫FLOPACK；
b) 板級熱設計軟件FLO/PCB；
c) 熱設計軟件FLOTHERM；
以上三款產品相互之間均可進行無縫的聯(lián)接，進行協(xié)同設計，可以提供從芯片到整機，從電路工程師到結構工程師再到熱設計工程師完整的設計協(xié)同。
Mentor公司提供的熱集成分析環(huán)境特點有：
1）FLOPACK為目前唯一為JEDEC組織認證的熱封裝模型庫，也是唯一達到商業(yè)化的IC熱封裝數(shù)據(jù)庫，在提供芯片詳細模型的同時，還可以提供熱阻網(wǎng)絡DELPHI模型和雙熱阻模型；
2) Flotherm，F(xiàn)loPCB都可以直接讀取主流EDA所構建的板子和器件，銅線分布，過孔等信息，縮短了仿真周期，提高了仿真精度；
3) FLOPCB軟件和FLOTHERM軟件都可以導入FLOPACK中的芯片模型進行熱分析，同時FLOPACK還可以針對在FLOTHERM軟件中修改過后的芯片模型生成熱阻網(wǎng)絡DELPHI模型；
4）FLOPCB軟件可以導入FLOTHERM軟件整機模型的局部環(huán)境作為邊界條件進行板級分析，同時FLOTHERM也可以導入FLOPCB中的單板模型組合進行系統(tǒng)級的完整分析。
Icepak軟件開發(fā)及影響實力有限，市場占有率較低，熱設計鏈條較薄弱。
Flotherm軟件由于占有市場上的絕對份額，故在電子工業(yè)的上下游形成了相當完整的產業(yè)鏈：
1） 各大芯片廠商(Intel、AMD、Philips、ST、Nokia、Samsumg、Fujitsu、Toshiba、Infineon等)向下游客戶提供了相關芯片的Flotherm熱模型。
2） 電源廠商(Delta、EMERSON、ASTEC、Delco)使用Flotherm軟件分析其電源產品的熱設計。
3） 通訊廠商(Bell、Lucent、Alcatel、3Com、Cisco、Siemens、Nokia、Nortel等)使用Flotherm軟件進行通訊設備的熱分析。
4） 計算機行業(yè)(Dell、Lenovo、Asustek、Compal、Inventec、Quanta、Acer、NEC、Sony)使用Flotherm分析軟件。
1） 電子代工業(yè)巨頭(Celestic、Solectron、Foxconn)使用Flotherm軟件。
由于Flotherm應用面廣，上下游供需雙方都廣泛使用Flotherm軟件，故可以采用Flotherm軟件方便地進行數(shù)據(jù)和模型交互。
而Icepak由于市場占有率低，產業(yè)鏈方面無法與Flotherm相提并論。
就一般的應用來講，F(xiàn)lotherm建模方便快速，網(wǎng)格劃分高效簡潔，仿真各項設定定制化程度低，相對容易上手。為了提高建模和計算效率，F(xiàn)lotherm提供了大量的smartpart快速建模的宏命令，摒棄了繁雜的模型篩選，無論是幾何建模，網(wǎng)格劃分，還是流動、傳熱模型的篩選，自動化程度都很高。而且通過適當?shù)目刂?，如果模型設置合理，計算精度可以滿足常規(guī)電子散熱設計的要求。
相對于Flotherm，對于常規(guī)的電子產品散熱設計來講，Icepak的核心優(yōu)勢是支持非結構化網(wǎng)格，從而可以更加便捷、更高精度地支持曲面結構。Icepak可以直接對導入的CAD模型進行網(wǎng)格離散化這一點往往被誤認為Icepak更簡單，實際上并非如此。由于支持非結構化網(wǎng)格和接受不加修飾的原生CAD對象，Icepak的前處理，尤其是網(wǎng)格劃分部分，遠遠比Flotherm復雜。當模型中導入了CAD結構后，不合適的設置經常導致各種各樣的錯誤。很多情況下，如果異形體的網(wǎng)格質量沒有得到合理控制，其計算精度甚至不如將各曲面簡化為直方直棱的、使用結構化網(wǎng)格就可完美描述的對象進行仿真。而如果簡化為這樣的對象的話，F(xiàn)lotherm也可處理。同為處理結構化對象時，F(xiàn)lotherm的建模效率則會明顯勝出。
