{RT}超大規模集成電路布綫技術-[美] Venky,Ramachandran,[美] P pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] Venky，Ramachandran，[美 著

圖書標籤:

• 超大規模集成電路
• 布綫技術
• 集成電路設計
• VLSI
• 電子工程
• 半導體
• Ramachandran
• Venky
• P
• 工藝學

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302478386

商品編碼：29489848676

包裝：精裝

齣版時間：2018-03-01

圖書基本信息
圖書名稱	超大規模集成電路布綫技術	作者	Venky,Ramachandran, Pinaki,Ma
定價	129.00元	齣版社	清華大學齣版社
ISBN	9787302478386	齣版日期	2018-03-01
字數		頁碼	333
版次	1	裝幀	精裝

內容簡介

本書作者Pinaki Mazumder教授是IEEE Fellow和AAAS Fellow，在EDA領域有30年以上的教學、科研和工程經曆。 n 本書匯集電子設計自動化領域包括作者在內的研究者的*新成果，聚焦超大規模集成電路布綫技術，從串行與並行布綫模型開始，到各種基本布綫算法，兼顧芯片設計中的特定情況，重點討論瞭大量的工業界實用的特殊類型布綫與*新並行布綫器。 n 本書注重基礎，主要研究迷宮布綫算法、總體布綫算法、詳細布綫算法（即通道布綫與開關盒布綫算法等）和特殊布綫算法，具有較高的通用性和實用性，有望推動超大規模集成電路布綫工具的持續發展。 n 本書既涉及EDA領域“大傢”的重要成果，也涵蓋作者及其團隊30多年的傑齣研究，適閤計算機與半導體行業從業的工程師、電子設計自動化方麵的教學者閱讀，也適閤研究VLSI電路布局布綫算法的高年級碩士生、博士生以及研究學者參考。 n

作者簡介

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目錄

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編輯推薦

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文摘

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序言

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探索微觀世界的奧秘：電子互聯的藝術與科學 在信息爆炸的時代，我們日常生活中所依賴的無數電子設備，從智能手機到高性能計算機，再到復雜的醫療儀器，它們的強大功能都離不開一個核心的秘密：微電子芯片。而這些微電子芯片的精髓，則蘊藏在它們內部那如同城市般繁復交織的布綫之中。本文將深入探討電子互聯的藝術與科學，揭示芯片設計中最具挑戰性也最關鍵的一環——布綫技術。 一、布綫：芯片的“血管”與“神經係統” 想象一下，一顆小小的芯片，承載著億萬個微小的元器件，它們需要以極高的效率進行信息交流。這種交流的橋梁，就是布綫。它們如同生物體內的血管輸送養分，又如同神經係統傳遞信號，負責將各種電子元件連接起來，構成一個完整、高效運行的電子係統。 芯片布綫的復雜性遠超我們日常可見的電綫。在微觀尺度下，這些導綫被設計得極度縴細，且層層疊疊，構建齣三維的互聯網絡。每一條布綫的設計都必須精確到納米級彆，任何一個微小的誤差都可能導緻整個芯片性能下降，甚至無法工作。因此，布綫技術不僅僅是簡單的連接，更是一門融閤瞭物理學、電子工程學、計算機科學以及精密製造工藝的綜閤性學科。 二、布綫技術的演進：從二維到三維的飛躍 芯片布綫技術的發展，是伴隨著集成電路工藝的不斷進步而同步演進的。 早期階段（二維布綫）： 在芯片製造的早期，布綫主要集中在一個平麵上，通過金屬層連接不同的元器件。這種方式在滿足早期器件數量和性能需求時是足夠有效的。然而，隨著半導體技術的飛速發展，芯片上的晶體管數量呈指數級增長，二次元的平麵布綫開始顯得捉襟見肘。有限的平麵空間導緻布綫擁塞、信號延遲增加、功耗升高以及串擾（不同信號綫之間的乾擾）等問題日益嚴重。 多層金屬布綫（MLM）的崛起： 為瞭突破二維空間的限製，多層金屬布綫技術應運而生。這項技術允許在芯片上堆疊多層金屬導綫，通過垂直的通孔（vias）連接不同層級的布綫。這如同在原本平坦的城市中修建瞭高架橋和地下通道，極大地增加瞭布綫的靈活性和密度，有效緩解瞭布綫擁塞問題。MLM技術是現代芯片設計中的基石，幾乎所有現代芯片都采用瞭多層金屬布綫。每一層金屬都有其特定的用途和布局規則，需要精密的規劃和管理。 三維集成電路（3D ICs）的探索： 隨著對更高性能、更低功耗和更小體積的需求不斷攀升，僅僅依靠MLM技術已經難以滿足。於是，三維集成電路（3D ICs）的概念應運而生。3D ICs不再局限於將元器件鋪在同一平麵上，而是將多個芯片或芯片的不同功能層垂直堆疊起來，並通過極其微小的垂直互連（TSVs - Through-Silicon Vias）進行連接。這種設計將布綫從“平麵擴展”變成瞭“立體構建”，極大地縮短瞭信號傳輸路徑，顯著提高瞭芯片的性能和能效，並且能夠大幅減小芯片的整體尺寸。3D ICs代錶瞭集成電路發展的下一個前沿，雖然其製造工藝和設計挑戰巨大，但潛力無限。 三、布綫設計中的關鍵挑戰 布綫設計絕非易事，它需要在滿足功能要求的同時，兼顧多方麵的約束和優化目標。其中最主要的挑戰包括： 布綫擁塞（Routing Congestion）： 隨著芯片規模的增大和復雜度提升，可用的布綫資源（金屬綫和通孔）變得非常有限。當需要連接的信號綫數量遠超布綫資源時，就會齣現布綫擁塞。擁塞會導緻布綫路徑過長，信號延遲增加，甚至使部分區域無法完成布綫，直接影響芯片的良率和性能。 信號完整性（Signal Integrity）： 在高頻、高密度的集成電路中，布綫不再是簡單的導電通路。由於導綫之間的電容和電感效應，信號在傳輸過程中會發生反射、串擾、過衝、欠衝等問題，這些都可能導緻信號失真，産生錯誤。確保信號的準確傳輸，即信號完整性，是布綫設計中至關重要的一環。這需要精細的布綫規劃、閤理的綫間距控製以及對電磁乾擾（EMI）的有效管理。 功耗優化（Power Optimization）： 布綫是芯片中電能消耗的重要組成部分。長而細的導綫會産生電阻，導緻焦耳熱；頻繁的信號開關也會消耗動態功耗。因此，布綫設計需要考慮如何通過優化布綫長度、選擇閤適的金屬層、減少不必要的信號活動等方式來降低功耗，延長電池壽命或減少散熱需求。 時序約束（Timing Constraints）： 芯片中的各個信號需要按照預設的時間順序到達目的地，纔能保證電路的正常工作。布綫的設計直接影響信號的傳輸延遲。布綫路徑過長或存在異常延遲都會導緻時序違例，即信號沒有在規定的時間內到達，從而引發設計失敗。因此，布綫設計必須嚴格遵守時序約束。 製造可製造性（Manufacturability）： 芯片的布綫設計最終需要通過復雜的半導體製造工藝來實現。布綫的設計規則必須符閤當前的製造能力，例如最小綫寬、最小綫距、通孔的尺寸和間距等。過於激進或不切實際的設計，即使在仿真中看起來可行，也可能在實際製造中無法實現，或者良率極低。 四、布綫自動化工具：智慧的助手 麵對如此巨大的設計復雜度和海量的數據，手動完成布綫設計是不可想象的。因此，布綫自動化工具（Routing Tools）在現代芯片設計流程中扮演著核心角色。這些工具集成瞭先進的算法和龐大的數據庫，能夠根據預設的設計規則和優化目標，自動規劃和實現芯片的布綫。 布綫自動化工具通常包括以下幾個關鍵模塊： 全局布綫（Global Routing）： 在設計初期，全局布綫工具會粗略地規劃布綫路徑，確定各個網絡（net）的大緻走嚮，並將整個布綫區域劃分為若乾個微小的格柵（grid），預估每個區域的布綫資源使用情況，以預測和緩解潛在的布綫擁塞。 詳細布綫（Detailed Routing）： 在全局布綫確定之後，詳細布綫工具會對每個具體的導綫段進行精確定位，包括其在具體金屬層上的走嚮、何時通過通孔進行層間連接等。這一階段需要嚴格遵守所有設計規則，並盡力滿足時序、功耗等優化目標。 擁塞分析與修復（Congestion Analysis and Repair）： 布綫工具會實時監測布綫擁塞情況，並提供可視化的擁塞報告。設計師可以根據報告調整布局、改變設計規則或者使用工具提供的擁塞修復功能，例如重新規劃部分布綫，或者在擁塞區域增加額外的布綫資源（如使用更細的導綫或增加金屬層）。 時序分析與優化（Timing Analysis and Optimization）： 布綫工具會與時序分析工具協同工作，評估布綫對信號延遲的影響，並嘗試優化布綫以滿足時序要求。這可能包括調整布綫長度、改變導綫形狀以優化寄生參數等。 信號完整性分析與優化（Signal Integrity Analysis and Optimization）： 一些高級的布綫工具還能集成信號完整性分析功能，檢測潛在的串擾、反射等問題，並自動進行優化，例如調整綫間距、添加屏蔽綫等。 五、布綫技術的未來展望 隨著摩爾定律的延續和新材料、新工藝的不斷湧現，芯片布綫技術正朝著更精細、更智能、更高效的方嚮發展。 更先進的互連技術： 除瞭TSVs，研究人員還在探索更高效的垂直互連方式，以及使用新型導電材料（如碳納米管、石墨烯）來製造更小、更快、更節能的導綫。 人工智能驅動的布綫： 人工智能（AI）和機器學習（ML）正在被引入到布綫設計中。AI可以從海量的曆史設計數據中學習，預測潛在的設計問題，並生成更優化的布綫方案，極大地提高設計效率和芯片性能。 異構集成（Heterogeneous Integration）： 未來芯片將不再是單一技術的産物，而是將不同類型、不同工藝的芯片（如CPU、GPU、AI加速器、存儲器等）集成到同一個封裝中，形成一個高度集成的係統。這種異構集成對布綫技術提齣瞭新的挑戰，需要設計更靈活、更高效的片上和片間互連方案。 可持續性與能源效率： 隨著全球對能源消耗的關注日益增加，設計低功耗的芯片變得尤為重要。布綫技術的優化將是實現這一目標的關鍵，通過更精密的布綫設計來減少能量損耗，延長設備續航能力，並降低數據中心的能耗。 結論 芯片布綫技術是現代電子産業的基石，它決定瞭芯片的性能、功耗、體積和可靠性。從二維到三維，從手動規劃到自動化工具，再到人工智能的賦能，布綫技術的每一次革新都推動著電子世界的進步。它是一門在微觀尺度下進行的復雜藝術與科學的融閤，是連接無數晶體管、賦予數字生命的關鍵環節。未來，隨著科技的不斷發展，布綫技術將繼續在探索微觀世界奧秘的徵程中扮演著不可或缺的角色，為我們帶來更強大、更智能、更可持續的電子産品。

評分☆☆☆☆☆

近年來，隨著AI和大數據等新興技術的飛速發展，對高性能計算芯片的需求日益增長，這也對芯片的性能提齣瞭前所未有的挑戰。我關注的焦點在於，當今高性能芯片在功耗、性能和麵積（PPA）之間如何做齣權衡，以及布綫技術在這個過程中扮演瞭怎樣的角色。我一直在思考，在高密度的設計中，如何有效地管理布綫延遲，以滿足嚴苛的時序要求？信號完整性問題，例如串擾、反射等，在高速信號傳輸中又該如何應對？功耗是另一個令人頭疼的問題，我希望能夠瞭解到，布綫設計如何能夠影響芯片的整體功耗，以及有哪些布綫策略可以用於降低功耗，例如優化綫寬、綫距，以及電源網絡的規劃。更進一步，對於復雜的SoC設計，如何有效地進行布綫規劃，以平衡不同模塊之間的性能需求，並最大化芯片的整體利用率？我期待一本能夠深入探討這些挑戰，並提供切實可行解決方案的書籍，能夠幫助我理解如何通過精湛的布綫技術，來釋放高性能芯片的全部潛力。

評分☆☆☆☆☆

最近有幸翻閱瞭一些關於半導體製造工藝的書籍，雖然這些書聚焦於物理層麵的製造細節，例如光刻、刻蝕、薄膜沉積等，但它們也間接勾勒齣瞭布綫技術所處的宏觀環境。我發現，每一代工藝的進步，都對布綫提齣瞭新的、更苛刻的要求。例如，更小的特徵尺寸意味著金屬綫之間的距離越來越近，這極大地增加瞭信號串擾的風險，也讓布綫擁塞成為一個更普遍的問題。同時，隨著芯片功耗的增加，如何設計更高效的電源和地網絡，以確保所有器件都能獲得穩定的電壓，也變得至關重要。在閱讀這些製造工藝書籍時，我常常會聯想到布綫工程師們是如何在這些物理限製下，利用各種算法和策略來規劃芯片內部縱橫交錯的“血管”的。我一直在思考，布綫技術是否也像製造工藝一樣，有著清晰的演進脈絡？從早期的簡單連綫，到如今高度自動化的復雜布綫流程，這個過程中有哪些關鍵的技術突破？又有哪些經典的布綫方法，在現代工藝中依然發揮著重要作用？我希望一本關於布綫技術的書籍，能夠將這些連接起來，幫助我理解布綫技術與底層物理製造的內在聯係，以及這種聯係如何驅動布綫技術的創新和發展。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對芯片設計流程感興趣的初學者，我對整個IC設計鏈條中的各個環節都充滿瞭好奇。在瞭解瞭邏輯設計、物理實現等概念之後，我對“布綫”這個環節産生瞭濃厚的興趣，並且一直想深入瞭解它的具體內容。我知道布綫是將所有邏輯門之間的連接轉化為物理上的金屬綫路的過程，但這背後究竟隱藏著怎樣的復雜性和挑戰？我希望找到一本能夠用清晰易懂的語言，為我介紹布綫設計的基本概念的書籍，例如，什麼是全局布綫，什麼是詳細布綫，以及它們各自的目的是什麼。我希望瞭解，在設計過程中，布綫工程師們會使用哪些工具，以及這些工具是如何工作的。同時，我也很好奇，在現代芯片設計中，自動化布綫技術扮演瞭怎樣的角色，它在多大程度上取代瞭人工設計？以及，當遇到布綫問題時，工程師們通常會采用哪些解決策略？我希望這本書能夠提供一個循序漸進的引導，讓我能夠逐步理解布綫設計的全貌，為我未來深入學習相關知識打下基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在IC設計領域摸爬滾打多年的工程師，我一直對布綫技術這個細分領域充滿瞭好奇和敬畏。市麵上探討EDA工具、數字邏輯、模擬電路的書籍不少，但真正深入剖析布綫技術本身，並從底層原理到實踐應用的，卻相對稀少。我一直在尋找一本能夠係統性地闡述布綫設計挑戰、演進過程以及未來趨勢的著作，尤其是那些能夠解釋“為什麼”的著作，而不僅僅是“怎麼做”。我希望這本書能夠幫助我理解在摩爾定律日益逼近物理極限的今天，布綫技術如何在更小的芯片麵積上承載更復雜的邏輯功能，如何在高頻高速信號傳輸中保持信號完整性，以及如何應對功耗和可靠性等嚴峻考驗。想象中，這本書應該包含對經典布綫算法的深入解析，比如Dijkstra、A等在布綫領域的應用和變種；也應該探討現代布綫工具背後的核心技術，如全局布綫、詳細布綫、時鍾樹綜閤、電源/地網布綫等各個環節的優化策略。更重要的是，我期待它能解答布綫過程中遇到的那些令人頭疼的問題，比如擁塞的解決之道，串擾的抑製方法，以及如何有效地進行布局布綫協同設計。如果這本書能提供一些實際的案例分析，哪怕是簡化版的，也能讓我更好地理解理論與實踐的結閤，從而在自己的工作中獲得啓發。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對電子工程的理論基礎研究頗感興趣的學生，我一直在尋找能夠深入理解芯片設計“為什麼”的書籍，而不是僅僅提供“怎麼做”的指導。我對於像“超大規模集成電路布綫技術”這樣的主題，抱有極大的期待，希望它能為我揭示布綫設計背後深刻的數學原理和算法思想。我想瞭解，在芯片麵積日益受限、信號速度越來越快的情況下，布綫工程師們是如何運用圖論、優化理論、甚至是人工智能等先進的數學工具來解決布綫問題的。例如，對於“最優化路徑尋找”這一核心問題，是否存在一些通用的數學模型和求解方法？布綫過程中涉及到的各種約束條件，比如時序、功耗、信號完整性等，是如何被轉化為數學模型中的約束項的？以及，現代EDA工具中的布綫引擎，其背後的算法復雜度有多高，又是如何做到在有限的時間內找到接近最優解的？我希望這本書能夠提供一些嚴謹的理論推導和清晰的數學證明，讓我能夠真正理解布綫技術的精髓，為我未來進行更深入的學術研究打下堅實的基礎。