正版弘VLSI的统计分析与优化：时序和功耗9787030188502(美)安歇斯 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美安歇斯 著

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• 统计分析
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• 安歇斯
• 电子工程
• 数字电路

店铺： 玄岩璞图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030188502

商品编码：29524070411

包装：平装

出版时间：2007-08-01

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基本信息

书名：VLSI的统计分析与优化：时序和功耗

定价：42.00元

作者：(美)安歇斯

出版社：科学出版社

出版日期：2007-08-01

ISBN：9787030188502

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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该书介绍了集成电路的统计CAD工具的相关知识。主要面向CAD工具开发人员、集成电路工艺技术人员，以及相关学科的学生和研究人员。书中介绍了统计时序和功耗分析技术中的*研究成果，并结合参数化的产量作为设计过程中的主要目标函数。该书强调算法、过程变量的建模方法，以及统计方法。既可作为刚涉足CAD工具开发领域的人员的入门书籍，也可作为该领域工程师的参考手册。

目录

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Preface
1 Introduction
　1.1 Sources of Variations
　　1.1.1 Process Variations
　　1.1.2 Environmental Variations
　　1.1.3 Modeling Variations
　　1.1.4 Other Sources of Variations
　1.2 Components of Variation
　　1.2.1 Inter-die Variations
　　1.2.2 Intra-die Variations
　1.3 Impact on Performance
2 Statistical Models and Techniques.
　2.1 Monte Carlo Techniques
　　2.1.1 Sampling Probability Distributions
　2.2 Process Variation Modeling
　　2.2.1 Pelgrom's Model
　　2.2.2 Principal Components Based Modeling
　　2.2.3 Quad-Tree Based Modeling
　　2.2.4 Specialized Modeling Techniques
　2.3 Performance Modeling
　　2.3.1 Response Surface Methodology
　　2.3.2 Non-Normal Performance Modeling
　　2.3.3 Delay Modeling
　　2.3.4 Interconnect Delay Models
　　2.3.5 Reduced-Order Modeling Techniques
3 Statistical Timing Analysis
　3.1 Introduction
　3.2 Block-Based Timing Analysis
　　3.2.1 Discretized Delay PDFs
　　3.2.2 Reconvergent Fanouts
　　3.2.3 Canonical Delay PDFs
　　3.2.4 Multiple Input Switching
　3.3 Path-Based Timing Analysis
　3.4 Parameter-Space Techniques
　　3.4.1 Parallelepiped Method
　　3.4.2 Ellipsoid Method
　　3.4.3 Case-File Based Models for Statistical Timing
　3.5 Bayesian Networks
4 Statistical Power Analysis
　4.1 Overview
　4.2 Leakage Models
　4.3 High-Level Statistical Analysis
　4.4 Gate-Level Statistical Analysis
　　4.4.1 Dynamic Power
　　4.4.2 Leakage Power
　　4.4.3 Temperature and Power Supply Variations
5 Yield Analysis
　5.1 High-Level Yield Estimation
　　5.1.1 Leakage Analysis
　　5.1.2 Frequency Binning
　　5.1.3 Yield Computation
　5.2 Gate-Level Yield Estimation
　　5.2.1 Timing Analysis
　　5.2.2 Leakage Power Analysis
　　5.2.3 Yield Estimation
　5.3 Supply Voltage Sensitivity
6 Statistical Optimization Techniques
　6.1 Optimization of Process Parameters
　　6.1.1 Timing Constraint
　　6.1.2 Objective Function
　　6.1.3 Yield Allocation
　6.2 Gate Sizing
　　6.2.1 Nonlinear Programming
　　6.2.2 Lagrangian Relaxation
　　6.2.3 Utility Theory
　　6.2.4 Robust Optimization
　　6.2.5 Sensitivity-Based Optimization
　6.3 Buffer Insertion
　　6.3.1 Deterministic Approach
　　6.3.2 Statistical Approach
　6.4 Threshold Voltage Assignment
　　6.4.1 Sensitivity-Based Optimization
　　6.4.2 Dynamic Programming
References
Index

作者介绍

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文摘

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序言

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《芯片的脉搏：深度解析现代集成电路的设计与性能提升》 在信息时代飞速发展的今天，集成电路（IC）作为现代科技的基石，其重要性不言而喻。从智能手机到高性能服务器，从自动驾驶汽车到医疗诊断设备，无一不依赖于精巧的集成电路设计。然而，随着摩尔定律的持续演进，集成电路的复杂度呈指数级增长，设计挑战也日益严峻。如何在有限的芯片面积内实现更强大的功能、更低的功耗以及更高的性能，已成为电子工程领域的核心课题。 本书《芯片的脉搏：深度解析现代集成电路的设计与性能提升》旨在为读者提供一个全面且深入的视角，去理解现代集成电路设计中至关重要的两个方面：时序（Timing）与功耗（Power）。这两者是衡量一颗芯片性能和市场竞争力的关键指标，它们之间往往存在着复杂的权衡关系，其优化过程更是对设计者智慧与经验的极大考验。 第一部分：驾驭时间之河——集成电路的时序分析与优化 时间，在数字电路的世界里，是衡量信号传播速度和电路响应速度的根本。时序，简而言之，就是电路中信号在不同节点之间传递所花费的时间。一个设计良好的数字电路，不仅需要正确地实现其逻辑功能，更需要保证所有信号在正确的时间到达其目的地，从而完成预期的操作。时序违例（Timing Violation）的出现，轻则导致电路性能下降，重则造成功能性错误，甚至导致芯片无法正常工作。 本书将首先带领读者深入理解数字电路中的基本时序概念，包括： 时钟（Clock）的原理与应用： 时钟是同步数字电路的“心脏”，它决定了数据传输和状态更新的节奏。我们将详细解析不同类型的时钟（如全局时钟、网格时钟、时钟分支网络等）的生成、分配和管理策略，以及时钟周期、占空比、抖动（Jitter）和偏斜（Skew）等关键参数对时序的影响。 建立时间（Setup Time）与保持时间（Hold Time）： 这两个是触发器（Flip-Flop）最重要的两个时序约束。建立时间要求数据在时钟上升沿（或下降沿）到来之前，必须稳定一段时间；保持时间则要求数据在时钟上升沿（或下降沿）到来之后，仍然保持稳定一段时间。我们将深入分析这两个约束的物理意义、产生原因以及如何通过分析路径延迟来确保其得到满足。 关键路径（Critical Path）与非关键路径（Non-critical Path）： 在任何数字电路中，都存在着一条或多条从输入端口到输出端口（或触发器到触发器）的信号传播路径。其中，延迟最大的路径被称为关键路径。关键路径的延迟直接决定了电路的最大工作频率。本书将教会读者如何识别关键路径，并重点关注对其进行优化，同时也会探讨如何对非关键路径进行适度的放松，以达成整体的性能目标。 组合逻辑延迟（Combinational Logic Delay）与时序逻辑延迟（Sequential Logic Delay）： 组合逻辑的输出仅取决于当前输入，其延迟是信号传播时间；而时序逻辑（如触发器）则依赖于时钟信号，其延迟包含输入数据稳定时间以及输出数据建立时间。理解这两种延迟的构成，是进行准确时序分析的基础。 时序分析的工具与方法： 现代集成电路设计离不开强大的EDA（Electronic Design Automation）工具。我们将介绍静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的基本原理和流程，以及如何利用这些工具来检查时序约束、识别违例，并生成详细的时序报告。 时序优化策略： 门级优化（Gate-Level Optimization）： 通过选择更快的逻辑门、调整门驱动强度、插入缓冲器（Buffer）和反相器（Inverter）等方式，直接缩短路径延迟。 布局布线优化（Placement and Routing Optimization）： 物理设计阶段的布线长度和拥塞程度直接影响信号延迟。我们将探讨如何通过优化器件布局、调整布线策略来减少线延迟。 逻辑综合优化（Logic Synthesis Optimization）： 在逻辑综合阶段，通过改变逻辑结构、合并逻辑、重定时（Retiming）等技术来改善时序。 时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）： 建立一个低偏斜、低抖动的时钟树是保证全局时序同步的关键。我们将介绍时钟树的设计原则和优化技术。 多时钟域（Multi-Clock Domain）与异步设计（Asynchronous Design）： 在某些复杂系统中，可能存在多个时钟域，或者采用异步设计。本书将探讨如何在这些场景下进行有效的时序管理和同步。 第二部分：能耗的智慧——集成电路的功耗分析与优化 在追求高性能的同时，功耗已成为现代电子产品设计中一个不容忽视的瓶颈。过高的功耗不仅会带来散热问题，增加系统成本，还会显著缩短电池供电设备的续航时间，甚至影响芯片的可靠性。因此，在设计初期就建立起对功耗的深刻理解，并采取有效的功耗优化策略，是至关重要的。 本书将系统地阐述集成电路中的功耗来源及其分析方法： 动态功耗（Dynamic Power）： 这是电路工作时消耗的主要功耗。它主要包括： 开关功耗（Switching Power）： 当门电路的输出发生变化时，会向输出电容充放电，从而消耗能量。此功耗与电路开关频率、电源电压和负载电容成正比。 短路功耗（Short-Circuit Power）： 在CMOS门电路的切换过程中，会有一瞬间，上、下管同时导通，形成从电源到地的短路电流，消耗能量。 静态功耗（Static Power）： 这是电路即使在不工作（输入信号保持不变）时也消耗的功耗。其主要来源是： 漏电功耗（Leakage Power）： 随着晶体管尺寸的不断缩小，亚阈值漏电（Subthreshold Leakage）、栅极漏电（Gate Leakage）等漏电效应日益显著，成为功耗的重要组成部分。 功耗分析工具与技术： 我们将介绍常用的功耗分析工具，包括门级功耗分析、寄存器传输级（RTL）功耗估算，以及如何利用这些工具来量化不同工作模式下的功耗，识别功耗“大户”。 功耗优化策略： 降低电源电压（Voltage Scaling）： 动态功耗与电源电压的平方成正比，是最高效的功耗降低手段。我们将探讨如何通过动态电压频率调整（DVFS）技术，根据实际工作负载动态地调整电压和频率。 降低工作频率（Frequency Scaling）： 动态功耗与工作频率成正比，适当降低频率也能有效节省功耗。 时钟门控（Clock Gating）： 通过在不需要的时钟周期内关闭某些模块的时钟，可以显著降低动态功耗。我们将深入研究不同粒度的时钟门控技术。 功率门控（Power Gating）： 通过在不需要工作时关闭整个模块的电源，可以彻底消除静态功耗和动态功耗。我们将介绍如何实现和管理功率门控。 算法与架构层面的功耗优化： 很多功耗优化可以在更抽象的层面进行，例如选择更节能的算法、优化数据路径、采用低功耗设计模式等。 低功耗单元选择： 在设计流程中，选择具有低漏电特性的晶体管或特定设计的低功耗逻辑单元。 多阈值电压（Multi-Vt）设计： 在同一芯片上混合使用不同阈值电压的晶体管，高阈值电压的晶体管漏电小但速度慢，低阈值电压的晶体管速度快但漏电大。通过合理组合，可以在性能和功耗之间取得更好的平衡。 低功耗架构设计： 例如，采用“Busy-Wait”等低功耗模式，或者设计特定的低功耗接口。 第三部分：时序与功耗的权衡艺术 在实际的集成电路设计中，时序和功耗往往是相互制约的。例如，为了提高时序性能（降低延迟），可能需要使用更快的、但功耗更高的逻辑门；反之，为了降低功耗，可能需要采用更慢、但更节能的逻辑门。因此，找到两者之间的最佳平衡点，是设计者面临的核心挑战。 本书的第三部分将专注于探讨如何在这两者之间进行有效的权衡： 理解权衡的根本原因： 深入分析物理效应如何导致时序和功耗之间的关联。 多目标优化： 介绍如何通过系统性的优化流程，在满足功能要求的前提下，同时优化时序和功耗。 设计空间探索（Design Space Exploration）： 利用EDA工具和方法，探索不同的设计选项，评估其时序和功耗表现，从而做出最优决策。 性能与功耗的量化评估： 如何建立准确的评估模型，量化不同设计决策对时序和功耗的影响。 实际案例分析： 通过具体的集成电路设计案例，展示时序和功耗优化在实践中是如何进行的，以及它们是如何相互影响和制约的。 目标读者： 本书适合以下读者： 集成电路设计工程师： 无论您是数字逻辑设计、时序分析、物理设计还是低功耗设计领域的工程师，本书都能为您提供宝贵的理论知识和实践指导。 计算机体系结构研究人员： 深入理解时序和功耗对于设计更高性能、更节能的处理器和其他计算架构至关重要。 高等院校相关专业学生： 本书可以作为微电子学、电子工程、计算机科学等专业的教材或参考书，帮助学生建立扎实的集成电路设计基础。 对现代芯片技术感兴趣的爱好者： 如果您想了解芯片是如何被设计出来的，以及如何实现高性能和低功耗，本书将为您揭开神秘的面纱。 本书特色： 理论与实践相结合： 深入浅出地讲解理论知识，并辅以丰富的实践指导和工具应用建议。 系统性与全面性： 覆盖了时序和功耗分析与优化的各个方面，力求全面。 前沿性： 结合了当前集成电路设计领域的热点问题和最新技术。 强调权衡： 重点突出时序与功耗之间的复杂权衡关系，引导读者掌握平衡的艺术。 通过阅读《芯片的脉搏：深度解析现代集成电路的设计与性能提升》，您将能够更深刻地理解现代集成电路设计的核心挑战，掌握分析和优化时序与功耗的关键技术，最终能够设计出更具竞争力的优秀芯片。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我原本对这类偏向技术性特别强的书籍总是抱有一丝敬畏，生怕自己看不懂那些复杂的公式和图表。但是这本书的叙述风格，就像一位经验丰富的大师在耳边耐心指导。他总能找到一个绝妙的比喻或者一个清晰的案例，将那些原本抽象难懂的概念一下子拉到我们眼前。比如，在讲解某个复杂的优化算法时，作者没有直接抛出最终结论，而是先描绘了一个我们日常生活中也能理解的场景，然后巧妙地将技术原理映射进去，这种“接地气”的处理方式，极大地降低了学习的门槛。我记得有一次，我在处理一个困扰我很久的时序收敛问题，本来打算放弃，结果翻到某一章的某个小节，豁然开朗，原来是自己对某个假设理解有偏差。这种即时的、解决问题的体验感，是其他零散资料完全无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

从另一个角度来看，这本书的体系结构简直像一张精心绘制的地图。它不是零散知识点的堆砌，而是一个逻辑严密、层层递进的知识体系。作者非常清楚地划分了不同的模块，并且清晰地标明了模块之间的依赖关系和衔接点。当我需要回顾某个特定主题时，可以很快定位到相应的章节，而不需要在全书范围内大海捞针。更妙的是，书中对前沿技术和经典理论的融合处理得非常自然。它既尊重了领域的经典方法论，又积极引入了最新的研究成果和工业界的实际挑战，使得内容既有历史的厚重感，又不失时代的锐气。这种平衡感，使得这本书的生命力得以延续，即便是几年后，其中的核心思想依然具有极高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是没得挑，那种厚重的纸张和精美的封面，让人一眼就知道这是本有料的干货。我拿到手的时候，那种沉甸甸的感觉，就好像捧着一块知识的基石。虽然我还没能完全啃完，但光是翻阅目录和前言，就能感受到作者在内容组织上的匠心独运。他对整个领域的把握之精准，简直令人叹为观止。我特别欣赏他那种循序渐进的讲解方式，即便是像我这种半路出家的新手，也能跟得上他的思路。特别是开篇对基础理论的梳理，扎实得让人心里踏实，完全没有那种为了炫技而堆砌术语的浮躁感。这本书的排版也很舒服，字号大小适中，行距宽松，长时间阅读下来眼睛也不会觉得太累。总的来说，从外到内，这本书都散发着一种专业、严谨且充满诚意的气息，绝对是案头必备的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度毋庸置疑，它绝对不是那种蜻蜓点水、浅尝辄止的入门读物。对于那些已经有一定行业背景的工程师来说，这本书提供了一个重新审视和深化理解的绝佳平台。我特别喜欢其中穿插的那些“陷阱警示”或者“常见误区分析”。作者显然是将自己多年踩过的坑，都毫无保留地转化成了文字，提醒后来的学习者避开弯路。这些内容往往隐藏在看似平淡的段落中，需要仔细体会。它不仅仅告诉你“应该怎么做”，更重要的是解释了“为什么不能那样做”，这种对底层逻辑的深挖，才是真正体现一本技术著作价值的地方。读完这些部分，你会感觉自己对整个设计流程的掌控力提升了一个档次，看待问题的角度也变得更加全面和审慎了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，很大程度上也体现在其对“实践指导意义”的重视上。它绝不仅仅是停留在理论的殿堂里，而是时刻将读者的实际工作场景考虑在内。书中的每一个理论推导，每一个模型构建，最终都落脚到了如何解决实际工程问题上。我发现，书里提供的许多分析工具和验证方法，我都可以直接应用到我手头的项目中，并且立竿见影地看到了效果。这是一种非常难得的体验——知识的即时转化率极高。对于那些渴望从“会用工具”晋升到“理解工具本质”的专业人士而言，这本书无疑是提供了一把金钥匙。它教会我们如何用更系统、更量化的方式去驾驭那些看似玄乎的设计约束，真正实现设计的精细化和可控性。