高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计 9787118113464 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 林圣圭，杨银堂，高海霞，吴晓鹏，董刚 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118113464

商品编码：29625174835

包装：精装

出版时间：2017-12-01

基本信息

书名:高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计

定价：169.00元

售价：123.4元,便宜45.6元,折扣73

作者: 林圣圭,杨银堂,高海霞,吴晓鹏,董刚

出版社：国防工业出版社

出版日期：2017-12-01

ISBN：9787118113464

字数：

页码：520

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》系统地介绍了三维集成电路设计所涉及的一些问题，包括物理设计自动化、结构、建模、探索、验证等，分成五部分，共20章。部分为三维集成电路设计方法及解决方案，主要讨论硅通孔布局、斯坦纳布线、缓冲器插入、时钟树、电源分配网络；第二部分为三维集成电路的电可靠性设计，主要讨论硅通孔-硅通孔耦合、电流聚集效应、电源完整性、电迁移失效机制；第三部分为三维集成电路的热可靠性设计，主要讨论热驱动结构布局、门级布局、微流通道散热问题；第四部分为三维集成电路的机械可靠性设计，主要分析全芯片和封装级机械应力、机械应力对时序的影响、硅通子L界面裂纹；第五部分为三维集成电路设计的其他方面，主要讨论利用单片三维集成实现超高密度逻辑的方法、硅通孔按比例缩小问题，并给出一个三维大规模并行处理器设计实例。
　　《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》可作为高等院校微电子技术、电路与系统等专业高年级本科生和研究生的教材或参考书，也可作为从事三维集成电路设计的相关技术人员的参考资料。

目录

部分 高性能低功耗三维集成电路设计
章 三维集成电路的硅通孔布局
1．1 引言
1．2 研究现状
1．3 基础知识
1．3．1 三维集成电路设计
1．3．2 大允许硅通孔数
1．3．3 小硅通孔数
1．3．4 线长和硅通孔数的折衷
1．4 三维集成电路物理设计流程
1．4．1 划分
1．4．2 硅通孔插入和布局
1．4．3 布线
1．5 三维全局布局算法
1．5．1 力驱动布局简介
1．5．2 三维布局算法简介
1．5．3 三维集成电路中的单元布局
1．5．4 硅通孔位置原理中硅通孔的预布局
1．5．5 三维节点的线长计算
1．6 硅通孔分配算法
1．6．1 硅通孔分配算法的佳解
1．6．2 基于MST的硅通孔分配
1．6．3 基于布局的硅通孔分配
1．7 实验结果
1．7．1 线长和运行时间比较
1．7．2 金属层和硅面积比较
1．7．3 线长和硅通孔数折衷
1．7．4 线长，管芯面积和管芯数折衷
1．7．5 硅通孔协同布局与硅通孑L位置对照
1．7．6 硅通孔尺寸影响
1．7．7 时序和功耗比较
1．8 结论
参考文献
第2章 三维集成电路斯坦纳布线
2．1 引言
2．2 研究现状
2．3 基础知识
2．3．1 问题表述
2．3．2 研究方法简介
2．4 三维斯坦纳树构建
2．4．1 算法简介
2．4．2 计算连接点和硅通孔位置
2．4．3 延时方程优化
2．5 采用硅通孔重布局进行三维树精化
2．5．1 算法简介
2．5．2 可移动范围
2．5．3 简化热分析
2．5．4 非线性规划
2．5．5 整数线性规划
2．5．6 快速整数线性规划
2．6 实验结果
2．6．1 实验参数
2．6．2 树构建结果
2．6．3 延时和线长分布
2．6．4 硅通孔重布局结果
2．6．5 硅通孔尺寸和寄生效应影响
2．6．6 键合类型影响
2．6．7 两管芯和四管芯叠层比较
2．7 结论
附录
参考文献
第3章 三维集成电路的缓冲器插入
3．1 引言
3．2 问题定义
3．3 研究动机宴例
……

第二部分 三维集成电路设计中的电可靠性
第三部分 三维集成电路设计中的热可靠性
第四部分 三维集成电路设计的机械可靠性
第五部分 其他论题
缩略语

作者介绍

文摘

序言

《芯之跃迁：微纳世界的精密构建与未来畅想》 在电子信息时代飞速发展的浪潮中，集成电路（IC）作为现代科技的基石，其性能的每一次飞跃都引领着整个产业的变革。从掌上设备到超级计算，从智能家居到自动驾驶，无处不见集成电路的身影。然而，随着摩尔定律的逐渐逼近物理极限，传统二维集成电路在性能、功耗和可靠性方面所面临的挑战也日益严峻。正是在这样的时代背景下，三维集成电路（3D IC）的兴起，为突破这些瓶颈提供了崭新的路径，预示着一个更加高效、强大且可持续的电子世界。 《芯之跃迁：微纳世界的精密构建与未来畅想》并非一本技术手册，也不是对某一个具体技术细节的深入剖析。它更像是一幅宏大的画卷，描绘了三维集成电路这一颠覆性技术从概念萌芽到蓬勃发展，再到深刻影响我们未来生活的全景图。本书旨在为广大科技爱好者、行业从业者、以及对未来科技发展充满好奇的读者，提供一个全面而深入的视角，去理解三维集成电路的精髓所在，洞察其蕴含的巨大潜力和变革力量。 第一篇：智慧之源——集成电路的昨天、今天与明天 在进入三维集成电路的宏大叙事之前，有必要回顾集成电路发展简史。我们将一同追溯半导体技术从萌芽到成熟的历程，理解二维集成电路是如何凭借其卓越的性能提升和成本效益，成为现代社会不可或缺的组成部分。从晶体管的发明，到集成电路芯片的诞生，再到微处理器、存储器等关键组件的演进，我们将梳理出一条清晰的技术发展脉络。 然而，每一项技术的进步都伴随着挑战。随着集成电路尺寸的不断缩小，量子隧穿效应、漏电流、散热问题等物理瓶颈逐渐显现，制造成本也水涨船高。在这样的背景下，我们为何需要跳出平面思维，拥抱“向上”发展的三维集成电路？本书将深入探讨二维集成电路的局限性，剖析其在性能提升、功耗控制和系统集成方面所遭遇的困境，并以此引出三维集成电路的必要性与战略意义。 第二篇：维度飞跃——三维集成电路的奇妙世界 本书的核心篇章将带您深入探索三维集成电路的奥秘。与传统芯片平面排列不同，三维集成电路通过垂直堆叠不同的功能层，实现更紧密的互连和更高效的信号传输。我们将从宏观上介绍三维集成电路的几种主流架构，如多芯片封装（MCP）、三维堆叠（3D Stacking）和硅通孔（TSV）技术等。每一项技术都代表着工程师们在微观世界里的精妙构思与高超技艺。 什么是硅通孔？它为何如此关键？本书将形象地解释TSV技术的工作原理，以及它如何如同微型“高速公路”一般，将不同层级的芯片紧密连接，极大地缩短信号传输路径，从而实现更高的速度和更低的功耗。我们将通过生动的比喻和清晰的图示，帮助读者理解这项核心技术的精妙之处。 堆叠不同功能层，意味着我们可以将处理器、内存、图形芯片甚至射频模块等整合在同一封装内。这种“垂直整合”带来了前所未有的设计自由度和性能提升空间。我们将探讨三维集成电路如何通过整合异构计算单元，实现更强大的并行处理能力，以及如何将高速内存紧密堆叠在处理器之上，大幅降低数据搬运延迟，从而在人工智能、大数据分析等领域展现出颠覆性的潜力。 第三篇：性能之舞——探索三维集成电路的无限可能 性能是集成电路永恒的追求。三维集成电路凭借其独特的架构优势，在提升性能方面具有得天独厚的优势。本书将重点阐述三维集成电路如何实现更快的时钟频率、更高的数据吞吐量以及更低的延迟。我们将分析其在高端计算、高性能图形处理、通信基站等领域的应用前景，描绘一个更加强大和响应迅速的数字世界。 功耗问题是当今社会面临的重大挑战，尤其是在移动设备、物联网和数据中心等领域。三维集成电路如何在这方面表现出色？本书将深入解析其在降低功耗方面的原理。通过缩短互连长度、优化电源分配网络以及实现更高效的热管理，三维集成电路能够显著降低整体能耗，为构建绿色、可持续的计算系统提供了可能。我们将探讨其在延长电池续航、减少数据中心能耗以及降低环境影响方面的巨大价值。 可靠性是任何电子产品生命周期中不可忽视的环节。尤其是在严苛的应用场景下，如航空航天、汽车电子等，对集成电路的可靠性有着极高的要求。本书将探讨三维集成电路在提升可靠性方面的策略。我们将分析其在应对高温、辐射等挑战时的优势，以及通过更优化的结构设计和先进的封装技术，如何构建更加稳定和持久的电子系统。 第四篇：设计之道——构筑未来芯世界的挑战与机遇 三维集成电路的设计与制造，是工程师们面临的一系列复杂挑战。本书将带领读者一窥这一充满智慧与创新的领域。我们将探讨三维集成电路在设计流程、工具链以及制造工艺方面的新特点与新需求。从功能层级的划分到互连结构的优化，从热管理到功耗均衡，每一个设计决策都至关重要。 新的设计理念与方法论应运而生。本书将介绍为适应三维集成电路特性而发展出的新一代EDA（电子设计自动化）工具与技术，以及如何有效地进行系统级设计与验证。我们将强调跨领域协作的重要性，即处理器、存储器、封装以及测试工程师之间的紧密配合，才能最终打造出高性能、低功耗、高可靠性的三维集成电路产品。 同时，本书也将目光投向三维集成电路的未来发展趋势。异构集成、Chiplet（小芯片）设计、先进封装技术的进一步演进，以及与新材料、新工艺的融合，都将为集成电路的未来注入新的活力。我们将探讨AI在三维集成电路设计中的应用，以及如何通过智能化设计工具，加速创新进程。 第五篇：应用之光——照亮现实与未来的世界 三维集成电路并非空中楼阁，它的应用已悄然渗透到我们生活的方方面面，并在未来将扮演更加重要的角色。本书将列举和分析三维集成电路在各个领域的实际应用案例。 在移动计算领域，更小的封装体积和更低的功耗，使得智能手机、平板电脑等设备拥有更长的续航时间、更强的处理能力和更丰富的功能。从高性能移动处理器到先进的相机模块，三维集成电路都在默默地提升着我们的移动体验。 在数据中心和人工智能领域，三维集成电路是驱动高性能计算的关键。通过将CPU、GPU、AI加速器和高带宽内存（HBM）垂直堆叠，能够大幅提升数据处理速度，为深度学习、大数据分析等应用提供强大的算力支持。 在通信领域，5G/6G通信基站和终端设备需要处理海量的数据和高频信号。三维集成电路能够实现更高的集成度、更低的信号损耗和更优化的功耗管理，为高速通信的发展奠定基础。 在汽车电子领域，自动驾驶、智能座舱等功能对计算能力、能效和可靠性提出了极高的要求。三维集成电路能够满足这些严苛的需求，为构建安全、智能的未来出行提供核心支持。 此外，我们还将展望三维集成电路在物联网、医疗电子、航空航天等领域的广阔应用前景，描绘一个更加智能、互联且充满活力的未来世界。 结语：芯火不灭，梦想永不止步 《芯之跃迁：微纳世界的精密构建与未来畅想》是一次对集成电路技术未来的探索之旅。它不仅是对一项具体技术的介绍，更是对人类智慧与创新精神的赞颂。本书希望通过清晰的阐述、生动的案例和前瞻性的思考，激发读者对集成电路科学与工程的兴趣，鼓励更多有志之士投身于这个充满挑战与机遇的领域，共同书写集成电路发展的崭新篇章。 集成电路的发展，是人类不断挑战极限、追求卓越的写照。三维集成电路，正是这场伟大变革中的一颗璀璨明星，它正以前所未有的速度，重塑着我们的科技版图，引领着我们走向一个更加光明、高效和智能的未来。让我们一起期待，在微纳世界里，芯火不灭，梦想永不止步！

评分☆☆☆☆☆

老实说，我是一个对“可靠性”要求极为苛刻的读者，尤其关注长期运行下的器件老化和失效模式。这本书在“高可靠性”这部分内容的投入和深度，绝对是五星级的。它详细剖析了TSV在热循环和机械应力作用下的疲劳损伤机制，并且提出了基于多物理场联合建模的寿命预测方法。我最欣赏的是，它没有停留在描述问题，而是给出了具体的解决方案，比如如何通过优化TSV的材料组合和填充介质来增强抗应力能力。此外，针对辐射环境下的软错误和硬错误防护，书中介绍了一种基于冗余计算和实时纠错码（ECC）的三维架构设计范例，这在现有文献中是比较少见的系统性论述。读完这部分，我感觉自己对如何设计一款能够在极端环境下稳定运行十年以上的核心芯片，有了一个清晰、可操作的蓝图。它让我意识到，可靠性设计绝非事后补救，而必须从最初的结构设计就深入骨髓。

评分☆☆☆☆☆

从排版和内容组织的角度来看，这本书的处理方式非常专业和现代。虽然主题涉及大量的复杂物理和电路理论，但图文并茂的呈现方式大大降低了理解门槛。特别是那些复杂的系统级框图和性能对比矩阵，制作得非常清晰，即便是初次接触3D-IC概念的研究人员也能迅速抓住核心要点。我注意到作者在引用参考文献时非常严谨，不仅涵盖了IEEE的顶级期刊论文，还包括了许多来自工业界的内部技术报告摘要，这极大地提升了内容的实用性和时效性。这本书的语言风格属于那种沉稳而富有洞察力的学术叙事，没有过多浮夸的辞藻，每一个结论都有数据和理论支撑。它更像是一份精心打磨的行业白皮书，而不是普通的教材。对于我这种需要经常向技术委员会汇报最新进展的专业人士来说，书中提供的那些可以直接引用和引申的论点，简直是太宝贵了。

评分☆☆☆☆☆

这本关于高性能、低功耗、高可靠三维集成电路设计的书，简直是为我们这些深耕于前沿IC设计领域的人量身定做的。我刚翻开绪论部分，就被作者那种对技术细节的精雕细琢所折服。书里对三维集成（3D-IC）的基本架构，比如TSV（硅通孔）的技术挑战和机遇，阐述得极其透彻。尤其是关于热管理的那几章，简直是打开了我的新世界大门。传统的散热设计在面对多层堆叠的巨大热流密度时显得力不从心，而这本书提供了一整套基于新型材料和先进封装技术的优化策略。我特别关注了其中关于“热-电-力耦合”仿真的部分，作者不仅列举了现有的仿真工具和方法论，还深入探讨了如何将这些耦合效应融入到设计流程的早期阶段，从而避免后期流片后的性能衰减。这对于追求极致可靠性的应用场景，比如航空航天和高端医疗设备，无疑具有极高的指导价值。它不仅仅是理论的堆砌，更是实战经验的结晶，每一个章节都仿佛能看到作者在实验室里无数次失败和成功的印证。这本书的深度和广度，都远超我之前阅读过的任何相关专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

我花了整整一个周末沉浸在这本关于先进IC设计哲学的巨著中，感触最深的是它对“低功耗”的解读，简直是颠覆性的。过去我们总是在追求更小的制程节点来降低动态功耗，但这本书清晰地指出了，在3D异构集成的大背景下，功耗的主要瓶颈已经转移到了互连和数据传输上。作者对跨层通信协议的优化方案进行了详尽的对比分析，特别是对新型电磁波导和光互连技术在低延迟、低能耗方面的潜力进行了前瞻性的预测。让我印象深刻的是，书中用大量的图表和数学模型来论证不同电源分配网络（PDN）设计对瞬态电压跌落（IR-drop）的影响，这对于设计超低电压操作的芯片至关重要。我本来以为这些内容会非常枯燥，但作者的叙述逻辑非常严密，从宏观的系统架构到微观的晶体管级功耗控制，层层递进，让人很容易跟上思路。对于我们从事移动计算和边缘AI的工程师来说，这本书提供的是一套全新的优化工具箱，而不是老旧的教科书知识。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷是想了解如何在高密度集成中保持足够的信号完整性（SI）。这本书在处理SI问题上的视角非常独特，它没有局限于传统的PCB/封装层面的考虑，而是深入到了芯片层级的I/O接口和跨层信号串扰的建模上。作者提出了一个非常创新的“近场耦合抑制”策略，通过调整堆叠单元之间的垂直间距和引入特定的屏蔽结构来优化信号传输质量。我发现书中关于电磁兼容性（EMC）在3D架构中的新挑战那几页内容尤其精彩，它把高频信号的反射、串扰和地弹问题，和热膨胀导致的结构形变联系起来进行综合分析，这才是真正体现了“三维”集成的复杂性。这本书不是一本教你如何操作某个EDA工具的书，而是一本指导你建立正确设计思维的哲学指南。它强迫我跳出二维的思维定势，去思考一个真正立体的、多维度相互作用的微电子系统，这对我后续的项目规划产生了深远的影响。