正版弘VLSI的統計分析與優化：時序和功耗9787030188502(美)安歇斯 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美安歇斯 著

圖書標籤:

• VLSI
• 統計分析
• 時序分析
• 功耗優化
• 集成電路
• 設計
• 半導體
• 安歇斯
• 電子工程
• 數字電路

店鋪： 玄岩璞圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030188502

商品編碼：29524070411

包裝：平裝

齣版時間：2007-08-01

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基本信息

書名：VLSI的統計分析與優化：時序和功耗

定價：42.00元

作者：(美)安歇斯

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2007-08-01

ISBN：9787030188502

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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該書介紹瞭集成電路的統計CAD工具的相關知識。主要麵嚮CAD工具開發人員、集成電路工藝技術人員，以及相關學科的學生和研究人員。書中介紹瞭統計時序和功耗分析技術中的*研究成果，並結閤參數化的産量作為設計過程中的主要目標函數。該書強調算法、過程變量的建模方法，以及統計方法。既可作為剛涉足CAD工具開發領域的人員的入門書籍，也可作為該領域工程師的參考手冊。

目錄

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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

作者介紹

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文摘

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序言

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《芯片的脈搏：深度解析現代集成電路的設計與性能提升》 在信息時代飛速發展的今天，集成電路（IC）作為現代科技的基石，其重要性不言而喻。從智能手機到高性能服務器，從自動駕駛汽車到醫療診斷設備，無一不依賴於精巧的集成電路設計。然而，隨著摩爾定律的持續演進，集成電路的復雜度呈指數級增長，設計挑戰也日益嚴峻。如何在有限的芯片麵積內實現更強大的功能、更低的功耗以及更高的性能，已成為電子工程領域的核心課題。 本書《芯片的脈搏：深度解析現代集成電路的設計與性能提升》旨在為讀者提供一個全麵且深入的視角，去理解現代集成電路設計中至關重要的兩個方麵：時序（Timing）與功耗（Power）。這兩者是衡量一顆芯片性能和市場競爭力的關鍵指標，它們之間往往存在著復雜的權衡關係，其優化過程更是對設計者智慧與經驗的極大考驗。 第一部分：駕馭時間之河——集成電路的時序分析與優化 時間，在數字電路的世界裏，是衡量信號傳播速度和電路響應速度的根本。時序，簡而言之，就是電路中信號在不同節點之間傳遞所花費的時間。一個設計良好的數字電路，不僅需要正確地實現其邏輯功能，更需要保證所有信號在正確的時間到達其目的地，從而完成預期的操作。時序違例（Timing Violation）的齣現，輕則導緻電路性能下降，重則造成功能性錯誤，甚至導緻芯片無法正常工作。 本書將首先帶領讀者深入理解數字電路中的基本時序概念，包括： 時鍾（Clock）的原理與應用： 時鍾是同步數字電路的“心髒”，它決定瞭數據傳輸和狀態更新的節奏。我們將詳細解析不同類型的時鍾（如全局時鍾、網格時鍾、時鍾分支網絡等）的生成、分配和管理策略，以及時鍾周期、占空比、抖動（Jitter）和偏斜（Skew）等關鍵參數對時序的影響。 建立時間（Setup Time）與保持時間（Hold Time）： 這兩個是觸發器（Flip-Flop）最重要的兩個時序約束。建立時間要求數據在時鍾上升沿（或下降沿）到來之前，必須穩定一段時間；保持時間則要求數據在時鍾上升沿（或下降沿）到來之後，仍然保持穩定一段時間。我們將深入分析這兩個約束的物理意義、産生原因以及如何通過分析路徑延遲來確保其得到滿足。 關鍵路徑（Critical Path）與非關鍵路徑（Non-critical Path）： 在任何數字電路中，都存在著一條或多條從輸入端口到輸齣端口（或觸發器到觸發器）的信號傳播路徑。其中，延遲最大的路徑被稱為關鍵路徑。關鍵路徑的延遲直接決定瞭電路的最大工作頻率。本書將教會讀者如何識彆關鍵路徑，並重點關注對其進行優化，同時也會探討如何對非關鍵路徑進行適度的放鬆，以達成整體的性能目標。 組閤邏輯延遲（Combinational Logic Delay）與時序邏輯延遲（Sequential Logic Delay）： 組閤邏輯的輸齣僅取決於當前輸入，其延遲是信號傳播時間；而時序邏輯（如觸發器）則依賴於時鍾信號，其延遲包含輸入數據穩定時間以及輸齣數據建立時間。理解這兩種延遲的構成，是進行準確時序分析的基礎。 時序分析的工具與方法： 現代集成電路設計離不開強大的EDA（Electronic Design Automation）工具。我們將介紹靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）的基本原理和流程，以及如何利用這些工具來檢查時序約束、識彆違例，並生成詳細的時序報告。 時序優化策略： 門級優化（Gate-Level Optimization）： 通過選擇更快的邏輯門、調整門驅動強度、插入緩衝器（Buffer）和反相器（Inverter）等方式，直接縮短路徑延遲。 布局布綫優化（Placement and Routing Optimization）： 物理設計階段的布綫長度和擁塞程度直接影響信號延遲。我們將探討如何通過優化器件布局、調整布綫策略來減少綫延遲。 邏輯綜閤優化（Logic Synthesis Optimization）： 在邏輯綜閤階段，通過改變邏輯結構、閤並邏輯、重定時（Retiming）等技術來改善時序。 時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis, CTS）： 建立一個低偏斜、低抖動的時鍾樹是保證全局時序同步的關鍵。我們將介紹時鍾樹的設計原則和優化技術。 多時鍾域（Multi-Clock Domain）與異步設計（Asynchronous Design）： 在某些復雜係統中，可能存在多個時鍾域，或者采用異步設計。本書將探討如何在這些場景下進行有效的時序管理和同步。 第二部分：能耗的智慧——集成電路的功耗分析與優化 在追求高性能的同時，功耗已成為現代電子産品設計中一個不容忽視的瓶頸。過高的功耗不僅會帶來散熱問題，增加係統成本，還會顯著縮短電池供電設備的續航時間，甚至影響芯片的可靠性。因此，在設計初期就建立起對功耗的深刻理解，並采取有效的功耗優化策略，是至關重要的。 本書將係統地闡述集成電路中的功耗來源及其分析方法： 動態功耗（Dynamic Power）： 這是電路工作時消耗的主要功耗。它主要包括： 開關功耗（Switching Power）： 當門電路的輸齣發生變化時，會嚮輸齣電容充放電，從而消耗能量。此功耗與電路開關頻率、電源電壓和負載電容成正比。 短路功耗（Short-Circuit Power）： 在CMOS門電路的切換過程中，會有一瞬間，上、下管同時導通，形成從電源到地的短路電流，消耗能量。 靜態功耗（Static Power）： 這是電路即使在不工作（輸入信號保持不變）時也消耗的功耗。其主要來源是： 漏電功耗（Leakage Power）： 隨著晶體管尺寸的不斷縮小，亞閾值漏電（Subthreshold Leakage）、柵極漏電（Gate Leakage）等漏電效應日益顯著，成為功耗的重要組成部分。 功耗分析工具與技術： 我們將介紹常用的功耗分析工具，包括門級功耗分析、寄存器傳輸級（RTL）功耗估算，以及如何利用這些工具來量化不同工作模式下的功耗，識彆功耗“大戶”。 功耗優化策略： 降低電源電壓（Voltage Scaling）： 動態功耗與電源電壓的平方成正比，是最高效的功耗降低手段。我們將探討如何通過動態電壓頻率調整（DVFS）技術，根據實際工作負載動態地調整電壓和頻率。 降低工作頻率（Frequency Scaling）： 動態功耗與工作頻率成正比，適當降低頻率也能有效節省功耗。 時鍾門控（Clock Gating）： 通過在不需要的時鍾周期內關閉某些模塊的時鍾，可以顯著降低動態功耗。我們將深入研究不同粒度的時鍾門控技術。 功率門控（Power Gating）： 通過在不需要工作時關閉整個模塊的電源，可以徹底消除靜態功耗和動態功耗。我們將介紹如何實現和管理功率門控。 算法與架構層麵的功耗優化： 很多功耗優化可以在更抽象的層麵進行，例如選擇更節能的算法、優化數據路徑、采用低功耗設計模式等。 低功耗單元選擇： 在設計流程中，選擇具有低漏電特性的晶體管或特定設計的低功耗邏輯單元。 多閾值電壓（Multi-Vt）設計： 在同一芯片上混閤使用不同閾值電壓的晶體管，高閾值電壓的晶體管漏電小但速度慢，低閾值電壓的晶體管速度快但漏電大。通過閤理組閤，可以在性能和功耗之間取得更好的平衡。 低功耗架構設計： 例如，采用“Busy-Wait”等低功耗模式，或者設計特定的低功耗接口。 第三部分：時序與功耗的權衡藝術 在實際的集成電路設計中，時序和功耗往往是相互製約的。例如，為瞭提高時序性能（降低延遲），可能需要使用更快的、但功耗更高的邏輯門；反之，為瞭降低功耗，可能需要采用更慢、但更節能的邏輯門。因此，找到兩者之間的最佳平衡點，是設計者麵臨的核心挑戰。 本書的第三部分將專注於探討如何在這兩者之間進行有效的權衡： 理解權衡的根本原因： 深入分析物理效應如何導緻時序和功耗之間的關聯。 多目標優化： 介紹如何通過係統性的優化流程，在滿足功能要求的前提下，同時優化時序和功耗。 設計空間探索（Design Space Exploration）： 利用EDA工具和方法，探索不同的設計選項，評估其時序和功耗錶現，從而做齣最優決策。 性能與功耗的量化評估： 如何建立準確的評估模型，量化不同設計決策對時序和功耗的影響。 實際案例分析： 通過具體的集成電路設計案例，展示時序和功耗優化在實踐中是如何進行的，以及它們是如何相互影響和製約的。 目標讀者： 本書適閤以下讀者： 集成電路設計工程師： 無論您是數字邏輯設計、時序分析、物理設計還是低功耗設計領域的工程師，本書都能為您提供寶貴的理論知識和實踐指導。 計算機體係結構研究人員： 深入理解時序和功耗對於設計更高性能、更節能的處理器和其他計算架構至關重要。 高等院校相關專業學生： 本書可以作為微電子學、電子工程、計算機科學等專業的教材或參考書，幫助學生建立紮實的集成電路設計基礎。 對現代芯片技術感興趣的愛好者： 如果您想瞭解芯片是如何被設計齣來的，以及如何實現高性能和低功耗，本書將為您揭開神秘的麵紗。 本書特色： 理論與實踐相結閤： 深入淺齣地講解理論知識，並輔以豐富的實踐指導和工具應用建議。 係統性與全麵性： 覆蓋瞭時序和功耗分析與優化的各個方麵，力求全麵。 前沿性： 結閤瞭當前集成電路設計領域的熱點問題和最新技術。 強調權衡： 重點突齣時序與功耗之間的復雜權衡關係，引導讀者掌握平衡的藝術。 通過閱讀《芯片的脈搏：深度解析現代集成電路的設計與性能提升》，您將能夠更深刻地理解現代集成電路設計的核心挑戰，掌握分析和優化時序與功耗的關鍵技術，最終能夠設計齣更具競爭力的優秀芯片。

評分☆☆☆☆☆

從另一個角度來看，這本書的體係結構簡直像一張精心繪製的地圖。它不是零散知識點的堆砌，而是一個邏輯嚴密、層層遞進的知識體係。作者非常清楚地劃分瞭不同的模塊，並且清晰地標明瞭模塊之間的依賴關係和銜接點。當我需要迴顧某個特定主題時，可以很快定位到相應的章節，而不需要在全書範圍內大海撈針。更妙的是，書中對前沿技術和經典理論的融閤處理得非常自然。它既尊重瞭領域的經典方法論，又積極引入瞭最新的研究成果和工業界的實際挑戰，使得內容既有曆史的厚重感，又不失時代的銳氣。這種平衡感，使得這本書的生命力得以延續，即便是幾年後，其中的核心思想依然具有極高的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度毋庸置疑，它絕對不是那種蜻蜓點水、淺嘗輒止的入門讀物。對於那些已經有一定行業背景的工程師來說，這本書提供瞭一個重新審視和深化理解的絕佳平颱。我特彆喜歡其中穿插的那些“陷阱警示”或者“常見誤區分析”。作者顯然是將自己多年踩過的坑，都毫無保留地轉化成瞭文字，提醒後來的學習者避開彎路。這些內容往往隱藏在看似平淡的段落中，需要仔細體會。它不僅僅告訴你“應該怎麼做”，更重要的是解釋瞭“為什麼不能那樣做”，這種對底層邏輯的深挖，纔是真正體現一本技術著作價值的地方。讀完這些部分，你會感覺自己對整個設計流程的掌控力提升瞭一個檔次，看待問題的角度也變得更加全麵和審慎瞭。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我原本對這類偏嚮技術性特彆強的書籍總是抱有一絲敬畏，生怕自己看不懂那些復雜的公式和圖錶。但是這本書的敘述風格，就像一位經驗豐富的大師在耳邊耐心指導。他總能找到一個絕妙的比喻或者一個清晰的案例，將那些原本抽象難懂的概念一下子拉到我們眼前。比如，在講解某個復雜的優化算法時，作者沒有直接拋齣最終結論，而是先描繪瞭一個我們日常生活中也能理解的場景，然後巧妙地將技術原理映射進去，這種“接地氣”的處理方式，極大地降低瞭學習的門檻。我記得有一次，我在處理一個睏擾我很久的時序收斂問題，本來打算放棄，結果翻到某一章的某個小節，豁然開朗，原來是自己對某個假設理解有偏差。這種即時的、解決問題的體驗感，是其他零散資料完全無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，很大程度上也體現在其對“實踐指導意義”的重視上。它絕不僅僅是停留在理論的殿堂裏，而是時刻將讀者的實際工作場景考慮在內。書中的每一個理論推導，每一個模型構建，最終都落腳到瞭如何解決實際工程問題上。我發現，書裏提供的許多分析工具和驗證方法，我都可以直接應用到我手頭的項目中，並且立竿見影地看到瞭效果。這是一種非常難得的體驗——知識的即時轉化率極高。對於那些渴望從“會用工具”晉升到“理解工具本質”的專業人士而言，這本書無疑是提供瞭一把金鑰匙。它教會我們如何用更係統、更量化的方式去駕馭那些看似玄乎的設計約束，真正實現設計的精細化和可控性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計實在是沒得挑，那種厚重的紙張和精美的封麵，讓人一眼就知道這是本有料的乾貨。我拿到手的時候，那種沉甸甸的感覺，就好像捧著一塊知識的基石。雖然我還沒能完全啃完，但光是翻閱目錄和前言，就能感受到作者在內容組織上的匠心獨運。他對整個領域的把握之精準，簡直令人嘆為觀止。我特彆欣賞他那種循序漸進的講解方式，即便是像我這種半路齣傢的新手，也能跟得上他的思路。特彆是開篇對基礎理論的梳理，紮實得讓人心裏踏實，完全沒有那種為瞭炫技而堆砌術語的浮躁感。這本書的排版也很舒服，字號大小適中，行距寬鬆，長時間閱讀下來眼睛也不會覺得太纍。總的來說，從外到內，這本書都散發著一種專業、嚴謹且充滿誠意的氣息，絕對是案頭必備的參考書。