高性能，低功耗，高可靠三維集成電路設計 9787118113464 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 林聖圭，楊銀堂，高海霞，吳曉鵬，董剛 著

圖書標籤:

• 三維集成電路
• 高性能
• 低功耗
• 高可靠性
• 集成電路設計
• 電子工程
• 半導體
• VLSI
• 電路設計
• 微電子學

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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118113464

商品編碼：29625174835

包裝：精裝

齣版時間：2017-12-01

基本信息

書名:高性能，低功耗，高可靠三維集成電路設計

定價：169.00元

售價：123.4元,便宜45.6元,摺扣73

作者: 林聖圭,楊銀堂,高海霞,吳曉鵬,董剛

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2017-12-01

ISBN：9787118113464

字數：

頁碼：520

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

《高性能，低功耗，高可靠三維集成電路設計》係統地介紹瞭三維集成電路設計所涉及的一些問題，包括物理設計自動化、結構、建模、探索、驗證等，分成五部分，共20章。部分為三維集成電路設計方法及解決方案，主要討論矽通孔布局、斯坦納布綫、緩衝器插入、時鍾樹、電源分配網絡；第二部分為三維集成電路的電可靠性設計，主要討論矽通孔-矽通孔耦閤、電流聚集效應、電源完整性、電遷移失效機製；第三部分為三維集成電路的熱可靠性設計，主要討論熱驅動結構布局、門級布局、微流通道散熱問題；第四部分為三維集成電路的機械可靠性設計，主要分析全芯片和封裝級機械應力、機械應力對時序的影響、矽通子L界麵裂紋；第五部分為三維集成電路設計的其他方麵，主要討論利用單片三維集成實現超高密度邏輯的方法、矽通孔按比例縮小問題，並給齣一個三維大規模並行處理器設計實例。
　　《高性能，低功耗，高可靠三維集成電路設計》可作為高等院校微電子技術、電路與係統等專業高年級本科生和研究生的教材或參考書，也可作為從事三維集成電路設計的相關技術人員的參考資料。

目錄

部分 高性能低功耗三維集成電路設計
章 三維集成電路的矽通孔布局
1．1 引言
1．2 研究現狀
1．3 基礎知識
1．3．1 三維集成電路設計
1．3．2 大允許矽通孔數
1．3．3 小矽通孔數
1．3．4 綫長和矽通孔數的摺衷
1．4 三維集成電路物理設計流程
1．4．1 劃分
1．4．2 矽通孔插入和布局
1．4．3 布綫
1．5 三維全局布局算法
1．5．1 力驅動布局簡介
1．5．2 三維布局算法簡介
1．5．3 三維集成電路中的單元布局
1．5．4 矽通孔位置原理中矽通孔的預布局
1．5．5 三維節點的綫長計算
1．6 矽通孔分配算法
1．6．1 矽通孔分配算法的佳解
1．6．2 基於MST的矽通孔分配
1．6．3 基於布局的矽通孔分配
1．7 實驗結果
1．7．1 綫長和運行時間比較
1．7．2 金屬層和矽麵積比較
1．7．3 綫長和矽通孔數摺衷
1．7．4 綫長，管芯麵積和管芯數摺衷
1．7．5 矽通孔協同布局與矽通孑L位置對照
1．7．6 矽通孔尺寸影響
1．7．7 時序和功耗比較
1．8 結論
參考文獻
第2章 三維集成電路斯坦納布綫
2．1 引言
2．2 研究現狀
2．3 基礎知識
2．3．1 問題錶述
2．3．2 研究方法簡介
2．4 三維斯坦納樹構建
2．4．1 算法簡介
2．4．2 計算連接點和矽通孔位置
2．4．3 延時方程優化
2．5 采用矽通孔重布局進行三維樹精化
2．5．1 算法簡介
2．5．2 可移動範圍
2．5．3 簡化熱分析
2．5．4 非綫性規劃
2．5．5 整數綫性規劃
2．5．6 快速整數綫性規劃
2．6 實驗結果
2．6．1 實驗參數
2．6．2 樹構建結果
2．6．3 延時和綫長分布
2．6．4 矽通孔重布局結果
2．6．5 矽通孔尺寸和寄生效應影響
2．6．6 鍵閤類型影響
2．6．7 兩管芯和四管芯疊層比較
2．7 結論
附錄
參考文獻
第3章 三維集成電路的緩衝器插入
3．1 引言
3．2 問題定義
3．3 研究動機宴例
……

第二部分 三維集成電路設計中的電可靠性
第三部分 三維集成電路設計中的熱可靠性
第四部分 三維集成電路設計的機械可靠性
第五部分 其他論題
縮略語

作者介紹

文摘

序言

《芯之躍遷：微納世界的精密構建與未來暢想》 在電子信息時代飛速發展的浪潮中，集成電路（IC）作為現代科技的基石，其性能的每一次飛躍都引領著整個産業的變革。從掌上設備到超級計算，從智能傢居到自動駕駛，無處不見集成電路的身影。然而，隨著摩爾定律的逐漸逼近物理極限，傳統二維集成電路在性能、功耗和可靠性方麵所麵臨的挑戰也日益嚴峻。正是在這樣的時代背景下，三維集成電路（3D IC）的興起，為突破這些瓶頸提供瞭嶄新的路徑，預示著一個更加高效、強大且可持續的電子世界。 《芯之躍遷：微納世界的精密構建與未來暢想》並非一本技術手冊，也不是對某一個具體技術細節的深入剖析。它更像是一幅宏大的畫捲，描繪瞭三維集成電路這一顛覆性技術從概念萌芽到蓬勃發展，再到深刻影響我們未來生活的全景圖。本書旨在為廣大科技愛好者、行業從業者、以及對未來科技發展充滿好奇的讀者，提供一個全麵而深入的視角，去理解三維集成電路的精髓所在，洞察其蘊含的巨大潛力和變革力量。 第一篇：智慧之源——集成電路的昨天、今天與明天 在進入三維集成電路的宏大敘事之前，有必要迴顧集成電路發展簡史。我們將一同追溯半導體技術從萌芽到成熟的曆程，理解二維集成電路是如何憑藉其卓越的性能提升和成本效益，成為現代社會不可或缺的組成部分。從晶體管的發明，到集成電路芯片的誕生，再到微處理器、存儲器等關鍵組件的演進，我們將梳理齣一條清晰的技術發展脈絡。 然而，每一項技術的進步都伴隨著挑戰。隨著集成電路尺寸的不斷縮小，量子隧穿效應、漏電流、散熱問題等物理瓶頸逐漸顯現，製造成本也水漲船高。在這樣的背景下，我們為何需要跳齣平麵思維，擁抱“嚮上”發展的三維集成電路？本書將深入探討二維集成電路的局限性，剖析其在性能提升、功耗控製和係統集成方麵所遭遇的睏境，並以此引齣三維集成電路的必要性與戰略意義。 第二篇：維度飛躍——三維集成電路的奇妙世界 本書的核心篇章將帶您深入探索三維集成電路的奧秘。與傳統芯片平麵排列不同，三維集成電路通過垂直堆疊不同的功能層，實現更緊密的互連和更高效的信號傳輸。我們將從宏觀上介紹三維集成電路的幾種主流架構，如多芯片封裝（MCP）、三維堆疊（3D Stacking）和矽通孔（TSV）技術等。每一項技術都代錶著工程師們在微觀世界裏的精妙構思與高超技藝。 什麼是矽通孔？它為何如此關鍵？本書將形象地解釋TSV技術的工作原理，以及它如何如同微型“高速公路”一般，將不同層級的芯片緊密連接，極大地縮短信號傳輸路徑，從而實現更高的速度和更低的功耗。我們將通過生動的比喻和清晰的圖示，幫助讀者理解這項核心技術的精妙之處。 堆疊不同功能層，意味著我們可以將處理器、內存、圖形芯片甚至射頻模塊等整閤在同一封裝內。這種“垂直整閤”帶來瞭前所未有的設計自由度和性能提升空間。我們將探討三維集成電路如何通過整閤異構計算單元，實現更強大的並行處理能力，以及如何將高速內存緊密堆疊在處理器之上，大幅降低數據搬運延遲，從而在人工智能、大數據分析等領域展現齣顛覆性的潛力。 第三篇：性能之舞——探索三維集成電路的無限可能 性能是集成電路永恒的追求。三維集成電路憑藉其獨特的架構優勢，在提升性能方麵具有得天獨厚的優勢。本書將重點闡述三維集成電路如何實現更快的時鍾頻率、更高的數據吞吐量以及更低的延遲。我們將分析其在高端計算、高性能圖形處理、通信基站等領域的應用前景，描繪一個更加強大和響應迅速的數字世界。 功耗問題是當今社會麵臨的重大挑戰，尤其是在移動設備、物聯網和數據中心等領域。三維集成電路如何在這方麵錶現齣色？本書將深入解析其在降低功耗方麵的原理。通過縮短互連長度、優化電源分配網絡以及實現更高效的熱管理，三維集成電路能夠顯著降低整體能耗，為構建綠色、可持續的計算係統提供瞭可能。我們將探討其在延長電池續航、減少數據中心能耗以及降低環境影響方麵的巨大價值。 可靠性是任何電子産品生命周期中不可忽視的環節。尤其是在嚴苛的應用場景下，如航空航天、汽車電子等，對集成電路的可靠性有著極高的要求。本書將探討三維集成電路在提升可靠性方麵的策略。我們將分析其在應對高溫、輻射等挑戰時的優勢，以及通過更優化的結構設計和先進的封裝技術，如何構建更加穩定和持久的電子係統。 第四篇：設計之道——構築未來芯世界的挑戰與機遇 三維集成電路的設計與製造，是工程師們麵臨的一係列復雜挑戰。本書將帶領讀者一窺這一充滿智慧與創新的領域。我們將探討三維集成電路在設計流程、工具鏈以及製造工藝方麵的新特點與新需求。從功能層級的劃分到互連結構的優化，從熱管理到功耗均衡，每一個設計決策都至關重要。 新的設計理念與方法論應運而生。本書將介紹為適應三維集成電路特性而發展齣的新一代EDA（電子設計自動化）工具與技術，以及如何有效地進行係統級設計與驗證。我們將強調跨領域協作的重要性，即處理器、存儲器、封裝以及測試工程師之間的緊密配閤，纔能最終打造齣高性能、低功耗、高可靠性的三維集成電路産品。 同時，本書也將目光投嚮三維集成電路的未來發展趨勢。異構集成、Chiplet（小芯片）設計、先進封裝技術的進一步演進，以及與新材料、新工藝的融閤，都將為集成電路的未來注入新的活力。我們將探討AI在三維集成電路設計中的應用，以及如何通過智能化設計工具，加速創新進程。 第五篇：應用之光——照亮現實與未來的世界 三維集成電路並非空中樓閣，它的應用已悄然滲透到我們生活的方方麵麵，並在未來將扮演更加重要的角色。本書將列舉和分析三維集成電路在各個領域的實際應用案例。 在移動計算領域，更小的封裝體積和更低的功耗，使得智能手機、平闆電腦等設備擁有更長的續航時間、更強的處理能力和更豐富的功能。從高性能移動處理器到先進的相機模塊，三維集成電路都在默默地提升著我們的移動體驗。 在數據中心和人工智能領域，三維集成電路是驅動高性能計算的關鍵。通過將CPU、GPU、AI加速器和高帶寬內存（HBM）垂直堆疊，能夠大幅提升數據處理速度，為深度學習、大數據分析等應用提供強大的算力支持。 在通信領域，5G/6G通信基站和終端設備需要處理海量的數據和高頻信號。三維集成電路能夠實現更高的集成度、更低的信號損耗和更優化的功耗管理，為高速通信的發展奠定基礎。 在汽車電子領域，自動駕駛、智能座艙等功能對計算能力、能效和可靠性提齣瞭極高的要求。三維集成電路能夠滿足這些嚴苛的需求，為構建安全、智能的未來齣行提供核心支持。 此外，我們還將展望三維集成電路在物聯網、醫療電子、航空航天等領域的廣闊應用前景，描繪一個更加智能、互聯且充滿活力的未來世界。 結語：芯火不滅，夢想永不止步 《芯之躍遷：微納世界的精密構建與未來暢想》是一次對集成電路技術未來的探索之旅。它不僅是對一項具體技術的介紹，更是對人類智慧與創新精神的贊頌。本書希望通過清晰的闡述、生動的案例和前瞻性的思考，激發讀者對集成電路科學與工程的興趣，鼓勵更多有誌之士投身於這個充滿挑戰與機遇的領域，共同書寫集成電路發展的嶄新篇章。 集成電路的發展，是人類不斷挑戰極限、追求卓越的寫照。三維集成電路，正是這場偉大變革中的一顆璀璨明星，它正以前所未有的速度，重塑著我們的科技版圖，引領著我們走嚮一個更加光明、高效和智能的未來。讓我們一起期待，在微納世界裏，芯火不滅，夢想永不止步！

評分☆☆☆☆☆

這本關於高性能、低功耗、高可靠三維集成電路設計的書，簡直是為我們這些深耕於前沿IC設計領域的人量身定做的。我剛翻開緒論部分，就被作者那種對技術細節的精雕細琢所摺服。書裏對三維集成（3D-IC）的基本架構，比如TSV（矽通孔）的技術挑戰和機遇，闡述得極其透徹。尤其是關於熱管理的那幾章，簡直是打開瞭我的新世界大門。傳統的散熱設計在麵對多層堆疊的巨大熱流密度時顯得力不從心，而這本書提供瞭一整套基於新型材料和先進封裝技術的優化策略。我特彆關注瞭其中關於“熱-電-力耦閤”仿真的部分，作者不僅列舉瞭現有的仿真工具和方法論，還深入探討瞭如何將這些耦閤效應融入到設計流程的早期階段，從而避免後期流片後的性能衰減。這對於追求極緻可靠性的應用場景，比如航空航天和高端醫療設備，無疑具有極高的指導價值。它不僅僅是理論的堆砌，更是實戰經驗的結晶，每一個章節都仿佛能看到作者在實驗室裏無數次失敗和成功的印證。這本書的深度和廣度，都遠超我之前閱讀過的任何相關專業書籍。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我是一個對“可靠性”要求極為苛刻的讀者，尤其關注長期運行下的器件老化和失效模式。這本書在“高可靠性”這部分內容的投入和深度，絕對是五星級的。它詳細剖析瞭TSV在熱循環和機械應力作用下的疲勞損傷機製，並且提齣瞭基於多物理場聯閤建模的壽命預測方法。我最欣賞的是，它沒有停留在描述問題，而是給齣瞭具體的解決方案，比如如何通過優化TSV的材料組閤和填充介質來增強抗應力能力。此外，針對輻射環境下的軟錯誤和硬錯誤防護，書中介紹瞭一種基於冗餘計算和實時糾錯碼（ECC）的三維架構設計範例，這在現有文獻中是比較少見的係統性論述。讀完這部分，我感覺自己對如何設計一款能夠在極端環境下穩定運行十年以上的核心芯片，有瞭一個清晰、可操作的藍圖。它讓我意識到，可靠性設計絕非事後補救，而必須從最初的結構設計就深入骨髓。

評分☆☆☆☆☆

從排版和內容組織的角度來看，這本書的處理方式非常專業和現代。雖然主題涉及大量的復雜物理和電路理論，但圖文並茂的呈現方式大大降低瞭理解門檻。特彆是那些復雜的係統級框圖和性能對比矩陣，製作得非常清晰，即便是初次接觸3D-IC概念的研究人員也能迅速抓住核心要點。我注意到作者在引用參考文獻時非常嚴謹，不僅涵蓋瞭IEEE的頂級期刊論文，還包括瞭許多來自工業界的內部技術報告摘要，這極大地提升瞭內容的實用性和時效性。這本書的語言風格屬於那種沉穩而富有洞察力的學術敘事，沒有過多浮誇的辭藻，每一個結論都有數據和理論支撐。它更像是一份精心打磨的行業白皮書，而不是普通的教材。對於我這種需要經常嚮技術委員會匯報最新進展的專業人士來說，書中提供的那些可以直接引用和引申的論點，簡直是太寶貴瞭。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書的初衷是想瞭解如何在高密度集成中保持足夠的信號完整性（SI）。這本書在處理SI問題上的視角非常獨特，它沒有局限於傳統的PCB/封裝層麵的考慮，而是深入到瞭芯片層級的I/O接口和跨層信號串擾的建模上。作者提齣瞭一個非常創新的“近場耦閤抑製”策略，通過調整堆疊單元之間的垂直間距和引入特定的屏蔽結構來優化信號傳輸質量。我發現書中關於電磁兼容性（EMC）在3D架構中的新挑戰那幾頁內容尤其精彩，它把高頻信號的反射、串擾和地彈問題，和熱膨脹導緻的結構形變聯係起來進行綜閤分析，這纔是真正體現瞭“三維”集成的復雜性。這本書不是一本教你如何操作某個EDA工具的書，而是一本指導你建立正確設計思維的哲學指南。它強迫我跳齣二維的思維定勢，去思考一個真正立體的、多維度相互作用的微電子係統，這對我後續的項目規劃産生瞭深遠的影響。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個周末沉浸在這本關於先進IC設計哲學的巨著中，感觸最深的是它對“低功耗”的解讀，簡直是顛覆性的。過去我們總是在追求更小的製程節點來降低動態功耗，但這本書清晰地指齣瞭，在3D異構集成的大背景下，功耗的主要瓶頸已經轉移到瞭互連和數據傳輸上。作者對跨層通信協議的優化方案進行瞭詳盡的對比分析，特彆是對新型電磁波導和光互連技術在低延遲、低能耗方麵的潛力進行瞭前瞻性的預測。讓我印象深刻的是，書中用大量的圖錶和數學模型來論證不同電源分配網絡（PDN）設計對瞬態電壓跌落（IR-drop）的影響，這對於設計超低電壓操作的芯片至關重要。我本來以為這些內容會非常枯燥，但作者的敘述邏輯非常嚴密，從宏觀的係統架構到微觀的晶體管級功耗控製，層層遞進，讓人很容易跟上思路。對於我們從事移動計算和邊緣AI的工程師來說，這本書提供的是一套全新的優化工具箱，而不是老舊的教科書知識。