3D集成電路設計 EDA、設計和微體係結構 9787111526056 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝源等 著

圖書標籤:

• 3D集成電路
• 集成電路設計
• EDA
• 微體係結構
• 電子工程
• 計算機工程
• 半導體
• 芯片設計
• 數字電路
• VLSI

店鋪： 中頤圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111526056

商品編碼：29658054844

包裝：平裝

齣版時間：2016-03-01

基本信息

書名：3D集成電路設計 EDA、設計和微體係結構

定價：79.00元

作者：謝源等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-03-01

ISBN：9787111526056

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本書是3D設計領域的綜述，重點在於使3D技術被采納的EDA工具和算法，實施架構和在未來的、潛在的3D係統設計。本書旨在為讀者提供全麵的認識，主要介紹瞭以下內容：?3D 集成電路技術是一種有效的設計方法，使得芯片工業能夠沿著性能提高的道路繼續發展。?3D集成電路技術的工藝介紹。?3D集成電路技術麵臨的特殊的關於EDA的挑戰，以及解決方法和實踐。?使用3D技術的優勢。?架構和係統級設計問題。?3D集成電路設計的成本。

內容提要

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本書全麵地介紹瞭3D集成電路設計相關的前沿技術，章節之間有側重也有聯係。章首先通過處理器與存儲器速度差異造成的訪問速度問題，引入瞭3D集成電路産生的原因和存在的問題。第2章介紹瞭3D集成電路製造相關的基本工藝問題。針對3D集成電路遠比平麵集成電路嚴重的散熱問題，在第3章總結瞭相關的熱分析和電源傳輸設計方法，簡述瞭解決相關瓶頸問題的方案。隨後，本書走嚮設計層麵，在第4章介紹瞭帶有2D塊和3D塊的3D布局規劃算法。在第5章介紹瞭幾種基於熱分析的3D全局布局技術，並通過實驗結果比較瞭多種3D布局技術。第6章針對的是3D集成電路的布綫，介紹瞭基於熱分析的3D布綫和熱通孔插入技術。第7章介紹瞭重排傳統的2D微處理器模塊的方法，對不同設計技術、方法進行瞭討論。接下來，本書繼續提升設計層次，在第8章討論瞭3DNoC的設計，包括多種網絡拓撲結構和3D片上路由器設計。第9章介紹瞭高能效服務器設計的3D架構研究。0章對3D集成電路技術潛在的成本優勢進行瞭係統級分析與設計探索。

目錄

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目 錄譯者序原書序原書前言章 介紹 1 參考文獻 11 第2章 3D集成電路工藝考量 12 2.1 介紹 12 2.2 背景:3D集成技術的初期需求 13 2.3 影響3D設計藝術狀態的工藝因素 14 2.3.1 各層的堆疊方嚮:正麵對背麵與正麵對正麵 14 2.3.2 層間對準:層間互連誤差 15 2.3.3 鍵閤界麵設計 17 2.3.4 矽通孔維度:設計點選擇 19 2.3.5 通孔工藝集成和通孔類型的重新分類 21 2.4 總結 23 參考文獻 24 第3章 三維 （3D） 芯片的熱和電源傳輸挑戰 26 3.1 介紹 26 3.2 三維集成電路中的熱問題 27 3.2.1 熱PDE 27 3.2.2 穩態熱分析算法 28 3.2.3 有限元法（FEM） 30 3.2.4 三維電路熱優化 33 3.3 三維芯片中的電源傳輸 34 3.3.1 電源傳輸基礎 34 3.3.2 三維芯片電源傳輸:模型和挑戰 35 3.3.3 控製PSN噪聲的設計技術 39 3.3.4 控製PSN噪聲的CAD技術 43 3.4 結論 46 參考文獻 46 第4章 熱敏感3D布局規劃 50 4.1 介紹 50 4.2 問題說明 51 4.2.1 含二維塊的三維布局規劃 51 4.2.2 含三維塊的三維布局規劃 52 4.3 含二維塊的三維布局規劃錶示法 53 4.3.1 二維錶示法的基本錶示 53 4.3.2 不同錶示法的分析 57 4.4 含三維塊的三維布局規劃錶示法 61 4.4.1 三維切片樹 61 4.4.2 三維CBL 61 4.4.3 三元序列 63 4.4.4 多種錶示法的分析 65 4.5 優化技術 66 4.5.1 模擬退火 66 4.5.2 基於SA的含二維塊的三維布局規劃 66 4.5.3 基於SA的含三維塊的三維布局規劃 68 4.5.4 解析方法 70 4.6 多種三維布局規劃技術的影響 72 4.6.1 含二維塊的三維布局規劃影響 72 4.6.2 含三維塊的三維布局規劃的影響 74 4.7 總結和結論 76 附錄 摺疊3D元件設計 77 參考文獻 80 第5章 熱敏感三維 （3D） 布局 83 5.1 介紹 83 5.1.1 問題建模 83 5.1.2 現有三維布局技術總覽 85 5.2 基於分塊的技術 86 5.3 二次均勻建模技術 88 5.3.1 綫網長度目標函數 89 5.3.2 單元排布成本函數 90 5.3.3 熱分布成本函數 91 5.4 多層布局技術 92 5.4.1 三維布局流程 92 5.4.2 解析布局引擎 92 5.4.3 多層架構 96 5.5 基於變換的技術 97 5.5.1 本地堆疊轉換方法 98 5.5.2 摺疊轉換方法 98 5.5.3 基於窗口的堆疊/摺疊轉換方法 99 5.6 閤法化和詳細布局技術 100 5.6.1 粗閤法化 100 5.6.2 詳細閤法化 101 5.6.3 通過R圖的層指定 103 5.7 三維布局流程 104 5.8 多種三維布局技術的影響 104 5.8.1 綫網長度和TSV數目的摺中 105 5.8.2 熱優化的影響 110 5.9 三維布局對綫網長度和中繼器使用的影響 111 5.9.1 二維/三維布局器和中繼器估計 112 5.9.2 實驗設置和結果 112 5.10 總結和結論 114 參考文獻 115 第6章 三維 （3D） 集成電路中的熱通孔插入和熱敏感布綫 118 6.1 介紹 118 6.2 熱通孔 118 6.3 把熱通孔插入到布局後的設計 120 6.4 布綫算法 123 6.4.1 多層方式 124 6.4.2 使用綫性編程的兩段方法 126 6.5 結論 129 參考文獻 129 第7章 三維 （3D） 微處理器設計 131 7.1 介紹 131 7.2 堆疊完整模塊 132 7.2.1 三維堆疊式緩存 132 7.2.2 可選功能 135 7.2.3 係統級集成 139 7.3 堆疊功能單元模塊 139 7.3.1 移除互連綫 139 7.3.2 對矽通孔的要求 141 7.3.3 設計局限問題 142 7.4 拆分功能單元模塊 143 7.4.1 三維緩存結構的摺中 143 7.4.2 運算單元的三維分拆 148 7.4.3 三維加法器 148 7.4.4 接口單元 150 7.5 結論 151 參考文獻 153 第8章 三維 （3D） 片上網絡架構 155 8.1 介紹 155 8.2 片上網絡的簡要介紹 156 8.2.1 NoC拓撲 156 8.2.2 NoC路由設計 158 8.2.3 NoC設計的更多信息 158 8.3 三維NoC架構 159 8.3.1 對稱的NoC路由設計 159 8.3.2 三維（3D）NoC總綫混閤路由設計 161 8.3.3 真三維（3D）路由設計 162 8.3.4 按維度分解NoC路由設計 164 8.3.5 多層三維NoC路由設計 164 8.3.6 三維NoC拓撲設計 165 8.3.7 三維工藝對NoC設計的影響 166 8.4 使用三維NoC架構的多處理器芯片設計 166 8.4.1 三維二級緩存在CMP架構上的堆疊 167 8.4.2 dTDMA總綫作為通信支柱 168 8.4.3 三維（3D）NoC總綫混閤路由架構 169 8.4.4 處理器和二級緩存組織 170 8.4.5 緩存管理策略 170 8.4.6 方法學 172 8.4.7 結果 173 8.5 結論 176 參考文獻 176 第9章 PicoServer:使用三維 （3D） 堆疊技術建立能源效率服務器 179 9.1 介紹 179 9.2 背景 182 9.2.1 服務器平颱 182 9.2.2 三維堆疊技術 184 9.2.3 DRAM技術 186 9.3 方法 186 9.3.1 仿真研究 186 9.3.2 估算功率及麵積 189 9.4 PicoSever架構 191 9.4.1 核心架構和多綫程的影響 192 9.4.2 寬共享總綫架構 193 9.4.3 片上DRAM架構 194 9.4.4 一個CMP架構的多NIC需求 198 9.4.5 在三維堆疊中的熱考慮 198 9.4.6 將閃存集成到PicoServer的影響 200 9.5 結果 205 9.5.1 整體錶現 205 9.5.2 總體功率 208 9.5.3 能源效率的帕纍托（Pareto）圖 209 9.6 結論 212 參考文獻 212 0章 係統級三維 （3D） 集成電路成本分析與設計探索 216 10.1 介紹 216 10.2 三維集成電路的早期設計評估 217 10.2.1 “蘭特規則”的初探 217 10.2.2 芯片麵積和金屬層估計 218 10.2.3 TSV技術的影響 219 10.3 三維（3D）成本模型 220 10.4 係統級三維IC設計探索 223 10.4.1 評估TSV對芯片麵積的影響 223 10.4.2 三維（3D）IC中減少金屬層的潛力 223 10.4.3 鍵閤工藝:D2W或W2W 224 10.4.4 成本與三維層數 225 10.4.5 異構堆疊 226 10.5 成本驅動型的三維設計流程 227 10.5.1 案例分析:兩層OpenSPARC T1三維處理器 229 10.6 交互對稱設計的三維掩膜版的重復使用 230 10.7 結論 231 參考文獻 231

作者介紹

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本書的作者都是3D集成電路研究領域的專傢，Yuan Xie教授就職加利福尼亞大學聖巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）。由於他在3D集成電路架構和設計自動化上的突擊貢獻, 在2015年獲選美國電氣與電子工程師協會會士。Jason Cong教授現為加利福尼亞大學洛杉磯分校計算機係教授，係主任，北京大學客座教授。他於2001年獲選美國電氣與電子工程師協會會士。Sachin Sapatnekar教授在明尼蘇達大學就職，曾任IEEE transaction of CAD主編，美國電氣與電子工程師協會會士。

文摘

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序言

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探索矽基智慧的邊界：下一代電子器件的革命之路 本書並非聚焦於 3D 集成電路設計的特定技術細節、EDA 工具的應用，或是微體係結構的具體實現，而是將目光投嚮更廣闊的範疇，深入探討支撐現代電子器件飛速發展的那些深層科學原理、前沿探索以及由此衍生的宏觀影響。它旨在為讀者勾勒齣一幅關於“矽基智慧”的演進圖景，從基礎物理到創新材料，從邏輯的本質到智能的湧現，揭示驅動電子産業革命的根本力量。 第一部分：物質的邊界與能量的律動——微觀世界的邏輯 在踏入宏偉的電子器件設計殿堂之前，我們必須迴溯到物質的最基本構成。本部分將深入解析構成現代電子器件核心的半導體材料的內在屬性。我們不會止步於矽的經典 p-n 結理論，而是將目光聚焦於那些正在改變遊戲規則的下一代材料。例如，量子點的奇特性質——其尺寸效應如何賦予其獨一無二的光電特性，為高效發光器件和光電器件提供瞭無限可能。二維材料，如石墨烯和過渡金屬硫化物，其原子級的厚度帶來的超乎想象的導電性和機械強度，正為突破傳統半導體器件的尺寸極限和功耗瓶頸打開新局麵。 我們將探討載流子在這些新型材料中的行為，以及量子效應如何在該尺度上發揮主導作用。這包括對費米能級、帶隙工程、以及載流子散射機製的深入理解。對於那些追求極緻性能和超低功耗的工程師而言，掌握這些微觀世界的邏輯是進行顛覆性創新的基石。本書將從基礎物理定律齣發，循序漸進地引導讀者理解這些材料的潛力和挑戰。 此外，能量的轉化與守恒在電子器件的運行中扮演著至關重要的角色。本部分將討論熱力學在微電子器件中的應用，例如焦耳熱的産生與控製，以及熱電材料的潛力。在追求更高效、更可持續的電子係統的時代，如何最小化能量損耗，甚至從廢熱中迴收能量，將是設計的關鍵考量。我們將審視熱電效應的原理，並展望其在能量收集和熱管理方麵的應用前景。 第二部分：信息編碼的藝術與計算範式的演進——超越圖靈的界限 信息是電子器件處理的核心，而信息編碼的效率直接決定瞭數據傳輸和存儲的性能。本部分將從信息論的視角齣發，探討信息是如何被錶示、編碼、解碼以及在不同介質中傳輸的。我們不會局限於二進製的經典錶達，而是會探討更先進的編碼技術，例如糾錯碼（ECC）在提升數據可靠性方麵的作用，以及信息論在數據壓縮和通信協議設計中的核心地位。 計算，作為電子器件最核心的功能，其範式也在不斷演進。除瞭經典的馮·諾依曼架構，本部分將深入探討那些正在重塑計算未來的新架構。這包括對“計算即存儲”（Computing-in-Memory）的深入分析，即在存儲單元內部執行計算，從而大幅減少數據搬運的能耗和延遲，為人工智能和大數據應用提供強大的支撐。我們還將探討類腦計算（Neuromorphic Computing）的理念，如何藉鑒生物大腦的神經網絡結構和工作原理，設計齣能夠進行模式識彆、學習和推理的全新計算硬件。 量子計算，作為一股顛覆性的力量，也將是本部分的重點。我們將解析量子比特（qubit）的疊加和糾纏特性，以及它們如何使得量子計算機能夠解決經典計算機難以企及的復雜問題。雖然量子計算機的實用化仍有距離，但其潛在的應用前景，從新材料設計到藥物研發，都將對未來科技産生深遠影響。本書將為讀者梳理不同計算範式的優劣，以及它們在未來可能扮演的角色。 第三部分：智能湧現的奧秘與人機交互的未來——賦予矽以靈魂 當強大的計算能力與海量的數據相結閤，智能的火花便開始顯現。本部分將探討人工智能（AI）及其與電子器件的深度融閤。我們不會僅僅停留在機器學習算法的層麵，而是會深入探究那些支撐AI模型運行的硬件基礎。這包括對高性能計算芯片（如AI加速器、GPU、TPU）的設計考量，例如矩陣乘法單元的優化、內存帶寬的提升，以及分布式訓練的挑戰。 “智能”的定義本身也在不斷拓展。除瞭傳統的感知和認知智能，本部分還將探討情感計算（Affective Computing）的可能性，即如何讓電子器件感知並響應人類的情感。這將對人機交互的未來産生革命性的影響，使得設備能夠更自然、更富同理心地與人類互動。 此外，我們還將展望人機交互的未來趨勢。增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術的發展，對顯示技術、傳感器技術以及計算能力提齣瞭更高的要求。觸覺反饋、腦機接口（BMI）等新興技術，將進一步模糊物理世界與數字世界之間的界限，為人類的生活和工作方式帶來深刻的變革。本書將引導讀者思考，如何通過電子器件的設計，賦予矽以“靈魂”，使其能夠更智能、更人性化地服務於人類。 第四部分：可持續發展與倫理邊界——科技的雙刃劍 任何強大的技術都伴隨著責任。在電子器件飛速發展的背後，可持續發展和倫理問題日益凸顯。本部分將審視電子産業對環境的影響，從原材料的開采、生産過程中的能耗和汙染，到電子廢棄物的處理。我們將探討綠色製造、循環經濟以及可再生能源在電子産業中的應用。 同時，隨著電子器件能力的增強，其在社會中的應用也引發瞭一係列倫理挑戰。數據隱私、算法偏見、人工智能的責任歸屬以及數字鴻溝等問題，都亟待我們深入思考和解決。本書將鼓勵讀者以批判性的視角審視科技的發展，呼籲在追求技術進步的同時，兼顧社會公平、環境保護以及人類的長遠福祉。 總結 本書的目標是提供一個宏大而深刻的視角，幫助讀者理解構成現代電子器件底層邏輯的科學原理，洞察驅動電子産業革命的前沿趨勢，並思考科技發展所帶來的機遇與挑戰。它旨在激發讀者對“矽基智慧”的無限遐想，並鼓勵他們在各自的領域內，為構建更智能、更高效、更可持續的未來貢獻力量。無論您是資深的工程師、熱情的學生，還是對科技發展充滿好奇的任何人士，本書都將為您提供一個獨特的思考框架，帶領您一同探索矽基智慧的邊界。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我眼前一亮，它以一種非常直觀且深入淺齣的方式，揭示瞭現代電子設計領域中最核心的一些概念。我原本以為涉及到如此深奧的集成電路和EDA工具鏈會是一本枯燥的教科書，但作者的敘述方式卻充滿瞭活力和洞察力。特彆是關於物理層級的實現和如何將其映射到邏輯設計上的那幾章，簡直是教科書級彆的典範。書中對不同設計流程的權衡分析尤其到位，比如在速度、功耗和麵積（PPA）這三大要素之間，設計師必須做齣怎樣的取捨，書裏給齣瞭非常貼近實際工程經驗的指導。我記得有一部分詳細闡述瞭先進封裝技術如何改變瞭傳統的設計範式，這對於希望站在行業前沿的工程師來說，簡直是不可多得的寶藏。它不僅僅是告訴你“怎麼做”，更重要的是告訴你“為什麼這樣做”，這種對底層原理的深挖，使得讀者在麵對新的技術挑戰時，能夠迅速構建起自己的分析框架，而不是僅僅依賴於工具的默認設置。這本書的排版和圖示也設計得非常精良，復雜的結構圖和流程圖都清晰易懂，極大地降低瞭學習麯綫。對於任何一個想從基礎理論邁嚮復雜係統設計的專業人士來說，這都是一本值得反復研讀的案頭寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述風格非常成熟和嚴謹，它似乎並不急於讓你在第一時間掌握所有細節，而是更注重於培養讀者對整個設計流程的“全局觀”。我尤其欣賞它在描述設計迭代和收斂過程中的坦誠。很多教材會過度美化設計過程的綫性，但這本書非常真實地展現瞭工程決策中的不確定性和妥協性。比如，在探討如何選擇閤適的邏輯綜閤策略時，書中沒有給齣唯一的“最佳答案”，而是列舉瞭在不同工藝節點和功耗預算下，不同策略的優缺點，並提供瞭量化的評估指標。這對於初入職場的工程師來說，是極其寶貴的“防坑指南”。我個人認為，這本書的深度已經超越瞭一般教材的範疇，更像是一本高階工程師的內部培訓手冊。它對EDA工具鏈中各個環節的相互依賴性描述得淋灕盡緻，讓你明白，一個小的RTL代碼修改，可能會在後端布局布綫階段引發連鎖反應，從而理解跨學科協作的重要性。讀完之後，我對整個ASIC設計和FPGA實現的全貌有瞭更清晰、更立體的認識。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書在處理復雜的技術概念時，展現齣瞭一種罕見的清晰度。它沒有使用堆砌晦澀術語的方式來營造學術深度，而是通過精妙的類比和對曆史演進的梳理，將那些看似遙不可及的概念拉到瞭讀者的認知範圍之內。舉例來說，它對時序約束（Timing Constraints）的講解，不再是枯燥的數學公式堆砌，而是將其比喻為對芯片“心跳”的精確控製，解釋瞭建立時間和保持時間在實際物理層麵上的意義。這種將抽象概念具象化的手法，極大地提升瞭學習的效率和樂趣。更令人印象深刻的是，作者似乎對設計中的“陷阱”瞭如指掌，書中穿插瞭許多“過來人”的經驗之談，比如如何避免亞穩態的産生，或者在跨時鍾域設計中應該優先考慮哪些問題。這些經驗之談，是光靠閱讀官方文檔無法獲取的寶貴財富。對於那些希望從“會用”工具升級到“理解”工具背後原理的讀者來說，這本書無疑是首選。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我拿到這本書時，心裏是帶著一絲懷疑的，因為市麵上同類主題的書籍往往要麼過於理論化，要麼過於側重於某一特定工具的操作手冊，缺乏一個宏觀的視角。然而，這本書成功地搭建起瞭一座連接理論與實踐的堅實橋梁。它最讓我贊賞的一點是，它沒有將“微體係結構”視為一個孤立的知識點來講解，而是將其嵌入到一個完整的、從概念誕生到流片驗證的生態係統中去考量。書中對指令集架構（ISA）如何影響微架構的選擇，以及反過來，微架構的創新如何反哺ISA設計的發展，這種辯證的論述方式，展現瞭作者深厚的行業積澱。此外，書中對新興的異構計算和專用加速器設計的討論，也體現瞭其與時俱進的特點。它不僅僅關注CPU/GPU這類通用結構，還深入探討瞭麵嚮特定應用的硬件加速邏輯是如何被高效地集成到整體係統中的。閱讀過程中，我感覺自己像是在一個經驗豐富的首席架構師的帶領下，進行瞭一次對現代處理器核心的深度徒步考察，每一步都走得踏實而有收獲。這種係統性的知識構建，遠比零散的學習碎片更有價值。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，這本書的體量和密度是相當可觀的，它要求讀者投入足夠的時間和精力去消化。但這絕對是一筆非常值得的投資。它並非那種讀完一遍就可以束之高閣的書，而更像是一本需要放在手邊，隨時查閱和迴顧的參考書。書中對高級驗證方法學的介紹，特彆是形式化驗證和覆蓋率驅動驗證的結閤使用，給我的啓發非常大。它清晰地闡明瞭，在一個越來越復雜的芯片設計中，如何通過智能化的驗證策略來確保設計的正確性。我特彆喜歡它對“可製造性設計”（DFM）的關注，它提醒我們，設計不僅僅要在仿真環境中通過，更要在實際的晶圓製造過程中保持魯棒性。這種對完整産品生命周期的關注，體現瞭作者的遠見卓識。總而言之，這本書提供瞭一個既有廣度又有深度的視角，它為你提供瞭構建下一代高性能、低功耗電子係統的堅實理論基礎和實戰指南。