熱點的原因
和不斷上升的溫度在數字器件中有三個功耗來源：動態、靜態和焦耳效應。動態功耗是在門觸發時用于為走線電容充放電而消耗的電力。它與時鐘速率和總電容大小成正比。靜態功耗是器件類型、核心電壓和技術的函數。該功耗因內核或 I/O 的耗電而產生。

當熱量在空間中的某一點產生時，它將向周邊傳遞，導致周邊區域升溫。如果周邊區域不是熱源，則熱量會散開，溫升有限。只要等上足夠長的時間,溫度最終會在整個器件中均衡化。如果周邊區域是其他熱源構成的，因為每個熱源都會給另一個熱源帶來熱量，溫度就會凈增長。
如果許多熱源集中在一小塊面積上，則這個面積的溫度會上升得比其他地方快，導致熱點產生。

由于器件的結溫受限，實際上最熱點的溫度不應超過最大結溫。在知道器件的功耗和封裝的溫度后，所有我們能估計的平均結溫。
最后一個熱源與電流在導體中流動產生的焦耳效應有關。

如果超過最高溫度會發生什么情況？
隨著工作溫度升高，器件的使用壽命會下降，部件會老化得更快。某些老化過程，如電遷移和電腐蝕只會在較高溫度下發生。電遷移發生在有濕氣和電場存在的條件下。此時導體的原子會以離子形態從他們的初始位置移動，在另外的地方復位，留下一個空隙。這個空隙會減小該位置導體的有效寬度，造成該位置電場增強，從而誘發更多的電遷移。這種鏈式反應會在原子移走的位置導致裂隙（開路）或在原子重定位的地方導致短路(樹突)。為數不多的幾層水分子足以引發金屬的離子化過程，觸發電遷移。這一現象會隨著溫度升高明顯嚴重化。

像鐵生銹這樣的腐蝕現象涉及濕氣和有害氣體。半導體材料封閉在其保護性封裝中。這種封裝一般對濕氣有高吸收性，但制作所用的材料不會輕易地產生腐蝕性離子溶液。這種腐蝕大多數情況下會給引線框和封裝接線造成不利影響。最重要的有害材料是硅鈍化層中所含的磷，以及半導體制造工藝或封裝工藝所殘留的部分污染物。在運輸、焊接和裝配過程中接觸人體皮膚和其他化學品是導致污染的有害原子的其他可能來源。

當異質材料連接在一起時，較便宜的材料相對于較貴的材料容易發生腐蝕（電化腐蝕）。這類型的腐蝕是隨時間推移性能降低的又一個原因。
在超過結溫溫度的情況下，無法保證器件的使用壽命，可能會大幅度縮短。如果溫度持續增長，該器件可能會立即失效。

器件的性能也取決于速度。器件在較高溫度下速度會下降，因此它們的最大時鐘速率會降低。

之所以把 Spartan-6 XA（汽車級）FPGA 的最高溫度限定為 125℃ 是出于最低使用壽命要求（可靠性考慮）和有保證的時鐘頻率能力（性能要求）。其他原因包 RAM 單元漏電和因這種漏電造成的位錯誤。

多種解決方案
為克服我們的油井攝像頭設計的各類難題，我們實施了多種解決方案。

其中最重要的決定之一是選擇大小合適的器件。越大型的器件的靜態功耗越大，但有利于器件的散熱，避免形成熱點。經認證用于汽車用途的器件即使在高溫下也具有較長的使用壽命，因此對于使用壽命要求不高的工業應用而言，更是一款合適的解決方案。我們已經評估了 XA（車用）系列的 LX25 和 LX45 器件免溫度周期過程中發生板層分離問題中的代碼并測量了器件殼體的總功耗和溫度。有時如果峰值溫度較低，提高器件平均溫度也可接受。我們還在加速老化測試中評估了使用壽命。

我們的下一個設計選擇是為器件使用設定限制。為減少器件耗散的熱量，我們盡可能地避免使用邏輯單元和存儲器。器件未使用得到部分會消耗靜態功耗，但不會消耗動態功耗。

我們還施加了時鐘門控。因為動態功耗取決于時鐘速率，我們可以使用時鐘門控抵消未被使用的模塊的動態功耗。如果時鐘樹未觸發，器件該部分的功耗就會降低。

我們還可以將我們使用的 I/O 數量保持在最低水平。這樣也可以降低 I/O 模塊的功耗。
因此，通過把部分 I/O 用作虛地，我們縮短了器件內部電流的傳輸距離，從而降低了電源走線的焦耳效應。虛地也有助于把熱量傳遞到地面。

因為我們不想使用所有的 I/O 和所有的邏輯單元，我們選擇把這個設計分布到兩個 FPGA 上（圖 5）。這樣就可以讓熱量在兩個單獨的位置耗散。