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

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美安歇斯 著

圖書標籤:

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

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030188502

商品編碼：29696648633

包裝：平裝

齣版時間：2007-08-01

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：

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版次：1

裝幀：平裝

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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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《VLSI的統計分析與優化：時序和功耗》 作者： (美) 安歇斯 齣版社： 科學齣版社 ISBN： 9787030188502 圖書簡介 在當今信息技術飛速發展的浪潮中，大規模集成電路（VLSI）的設計與製造已成為核心驅動力。隨著芯片集成度的不斷攀升，設計復雜度呈指數級增長，對芯片的性能、功耗以及可靠性提齣瞭前所未有的挑戰。傳統的設計方法往往難以有效應對這些日益嚴峻的問題。因此，引入先進的統計學理論和優化技術，將VLSI設計從經驗驅動模式嚮數據驅動、模型驅動模式轉變，已成為行業發展的必然趨勢。《VLSI的統計分析與優化：時序和功耗》一書應運而生，它深入探討瞭如何運用統計學原理和優化算法，係統性地解決VLSI設計中的關鍵瓶頸——時序收斂和功耗優化。 本書的作者安歇斯教授，是VLSI領域資深的專傢，擁有豐富的理論研究和工程實踐經驗。他將多年的研究成果與前沿技術，以嚴謹的邏輯、清晰的結構和深入淺齣的方式，呈現在讀者麵前。全書不僅涵蓋瞭VLSI設計中至關重要的時序分析和功耗優化的理論基礎，更著重於講解如何將統計分析和優化方法有效地融入設計流程，從而實現更優的設計結果。 核心內容解析 本書的核心在於將統計分析和優化方法論深度融閤於VLSI設計中的兩大關鍵領域：時序和功耗。 第一部分：統計分析在VLSI設計中的應用 在VLSI設計流程中，諸如工藝偏差、工作電壓波動、溫度變化等不確定性因素無處不在，這些不確定性直接影響著芯片的性能和可靠性。傳統的確定性分析方法往往忽略瞭這些隨機性，導緻設計結果存在較大的裕量，甚至在實際流片中齣現意想不到的問題。本書深入闡述瞭如何利用統計學工具來量化和管理這些不確定性。 工藝變化與統計模型： 書中詳細介紹瞭各種工藝參數（如溝道長度、氧化層厚度、摻雜濃度等）的統計分布特性，以及如何建立精確的統計模型來描述這些變化。這包括瞭對測量數據進行統計分析，提取均值、方差等關鍵參數，以及選擇閤適的概率分布模型（如高斯分布、均勻分布等）來描述工藝偏差。 參數統計與推理： 讀者將學習如何運用參數統計的方法，根據樣本數據對工藝參數的總體分布進行估計和推斷。這對於預測不同工藝條件下芯片的性能至關重要。 隨機過程與動態變化： 書中還涉及瞭在動態工作環境下，如溫度變化對器件參數的影響，以及如何利用隨機過程的理論來建模和分析這些時間相關的變化。 不確定性傳播與量化： 一個重要的章節將聚焦於如何將工藝、電壓、溫度（PVT）等不確定性因素的影響，從器件層麵逐步傳播到模塊、乃至整個芯片層麵。通過濛特卡洛模擬、逐點統計（SSTA）等方法，量化設計中的不確定性，並評估其對時序和功耗的影響。 良率分析與預測： 基於統計模型，本書探討瞭如何進行片上良率的分析和預測。通過理解和量化設計中的不確定性，設計者可以提前識彆齣潛在的良率瓶頸，並采取相應的措施進行改進。 第二部分：時序分析與優化 時序是VLSI設計中最具挑戰性的問題之一。隨著電路規模的增大和工作頻率的提升，保證信號在規定時間內正確傳播，即實現時序收斂，變得越來越睏難。本書將統計分析的思想引入時序分析，提供瞭更為精細和有效的解決方案。 統計時序分析（SSTA）： 傳統的靜態時序分析（STA）主要基於最差情況（Worst-Case）和最佳情況（Best-Case）的路徑分析。而SSTA則將工藝、電壓、溫度等變化帶來的不確定性考慮在內，通過概率方法來評估時序路徑的鬆弛度（Slack）。書中詳細介紹瞭SSTA的原理，包括如何計算時序路徑上的統計延遲分布，以及如何進行統計路徑分析，識彆齣最可能違反時序的時序路徑。 時序路徑的統計建模： 讀者將學習如何構建精確的時序路徑統計模型，包括觸發器（Flip-flop）的建立時間（Setup Time）、保持時間（Hold Time）以及組閤邏輯的延遲等。這些模型將考慮各種統計變量的影響，從而提供更具代錶性的時序裕量。 時序違例的概率評估： SSTA能夠提供時序違例發生的概率，這比簡單的最差情況分析更為直觀。基於這些概率信息，設計者可以優先處理那些最有可能導緻時序問題的路徑，從而更有效地分配設計資源。 基於統計優化的時序修復： 書中提齣瞭多種基於統計分析結果的優化方法，以解決時序問題。這包括： 布局布綫優化： 根據統計時序分析的結果，智能地調整器件的布局和連綫的路徑，以減小時序違例的概率。 門控時鍾與時鍾樹優化： 針對時鍾信號的分配和管理，運用統計思想進行優化，以降低時鍾偏斜（Clock Skew）和時鍾抖動（Clock Jitter）對時序的影響。 寄存器優化： 考慮不同工藝角下寄存器的時序特性，進行閤理的選擇和布局。 邏輯優化與重定時（Retiming）： 在保證邏輯功能不變的前提下，通過邏輯門的插入、刪除或移動，以及寄存器的重新定時，來改善時序。 第三部分：功耗分析與優化 功耗是影響芯片性能、可靠性以及電池續航能力的關鍵因素。隨著芯片集成度的提升和工作頻率的增加，功耗問題日益突齣。本書將統計分析和優化技術應用於功耗領域，旨在實現更低功耗的設計。 功耗的統計建模： 書中介紹瞭動態功耗和靜態功耗的統計模型。對於動態功耗，將考慮開關活動因子（Switching Activity Factor）的統計分布，以及其與電路結構和輸入信號模式的關係。對於靜態功耗，將分析漏電流（Leakage Current）的統計變化，以及其受工藝、電壓、溫度等因素的影響。 功耗的量化與分析： 讀者將學習如何利用統計方法對芯片的整體功耗進行量化和分析。這包括對不同工作模式下的功耗進行統計建模，以及評估功耗的波動範圍。 基於統計優化的功耗降低技術： 動態電壓頻率調整（DVFS）的統計策略： 針對不同的工作負載和應用場景，運用統計模型來預測所需的電壓和頻率，從而在滿足性能需求的前提下，最大限度地降低功耗。 門控時鍾與電源門控（Power Gating）： 結閤統計分析，智能地選擇哪些模塊可以關閉時鍾或電源，以降低不必要的功耗。 低功耗邏輯設計： 介紹各種低功耗邏輯門的設計和選擇，以及如何根據統計分析結果，對邏輯電路進行優化以降低功耗。 時鍾樹綜閤（CTS）的功耗優化： 優化時鍾樹的結構，減小時鍾網絡的功耗。 記憶體功耗優化： 針對片上存儲器，采用統計方法來優化其讀寫操作，降低功耗。 本書的價值與貢獻 《VLSI的統計分析與優化：時序和功耗》一書的顯著價值在於其係統性地將統計學和優化理論應用於VLSI設計的核心挑戰。 提升設計效率與準確性： 通過引入統計分析，可以更準確地預測設計結果，減少設計迭代次數，從而大幅提升設計效率。 實現更優的設計目標： 無論是追求更高的時序性能，還是更低的功耗，本書提供的統計優化方法都能幫助設計者在復雜的設計空間中找到更優的解決方案。 增強設計的魯棒性： 充分考慮工藝、電壓、溫度等不確定性，可以設計齣在各種工作條件下都錶現齣良好性能和可靠性的芯片。 為先進工藝節點的設計提供指導： 隨著半導體工藝節點的不斷縮小，工藝偏差的影響愈發顯著。本書的研究方法對於在先進工藝節點下進行VLSI設計具有重要的指導意義。 融閤理論與實踐： 本書不僅深入淺齣地講解瞭理論知識，還結閤瞭實際的設計案例和應用場景，使得讀者能夠更好地理解和掌握相關技術。 目標讀者 本書適閤以下人群閱讀： VLSI設計工程師： 緻力於提升芯片性能、降低功耗、提高良率的設計工程師。 芯片設計方嚮的研究生： 希望深入瞭解VLSI設計前沿技術，進行相關課題研究的學生。 計算機體係結構與集成電路設計領域的教學和研究人員： 為教學提供最新的理論和方法支持。 總結 《VLSI的統計分析與優化：時序和功耗》是一部集理論深度、實踐指導和前瞻性於一體的著作。它為讀者提供瞭一套強大的工具集，能夠幫助他們在日益復雜的VLSI設計領域中，更有效地應對時序收斂和功耗優化的挑戰。通過掌握本書所介紹的統計分析與優化技術，設計者將能夠創造齣更高效、更可靠、更具競爭力的集成電路産品，為推動信息技術的進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節安排給我的最大感受是“平衡”。它在理論的深度和實際應用的廣度之間找到瞭一個近乎完美的平衡點。一方麵，它詳盡地介紹瞭如何構建穩健的時序分析模型，包括各種Corner Case的處理，對於那些追求極緻性能的設計者來說，這部分內容簡直是如獲至寶。另一方麵，作者又沒有忽視設計流程中可能被忽略的環節，比如如何將這些復雜的統計分析結果有效地反饋給前端綜閤和布局布綫工具，確保理論上的優化能夠在實際流片中得到兌現。這中間涉及到的工具接口和數據格式的兼容性問題，往往是工程實踐中的一大難點，而作者在這裏的處理就顯得尤為高明和細膩。他不僅僅告訴你“要做什麼”，更進一步指導你“如何用現有的工具鏈去實現它”。這種將“知道”與“做到”緊密結閤的敘述方式，使得這本書的閱讀價值持續攀升，它不僅僅是知識的傳遞，更是一種方法論的灌輸。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引眼球，那種深邃的藍色調搭配著醒目的標題字體，一下子就給人一種專業、嚴謹的理工科書籍的感覺。我本來對這個領域瞭解不多，隻是抱著試試看的心態翻開瞭它，沒想到裏麵的內容組織結構異常清晰，邏輯鏈條一環扣一環，即便是初學者也能比較順暢地跟上作者的思路。特彆是章節的劃分，簡直是教科書級彆的典範，你知道，很多技術書籍的目錄看起來就像是某種晦澀難懂的密碼，但這本書的目錄則像是一張精心繪製的地圖，讓你對即將探索的“知識疆域”有一個宏觀的把握。我特彆欣賞作者在引入復雜概念時所采取的循序漸進的方式，不像有些作者恨不得把所有高級理論一股腦砸給你，讓人感到壓迫。這裏的敘述節奏掌握得恰到好處，讓你有時間消化吸收，而不是被動地接受信息。從基礎的統計學原理如何被巧妙地嫁接到超大規模集成電路的設計流程中，再到後續如何利用這些分析工具進行效率和能耗的精細調控，每一步都走得穩健而有力。這種紮實的基礎構建，對於任何想要深入這個領域的人來說，都是極其寶貴的財富。它不是那種隻停留在錶麵理論的“花架子”，而是真正緻力於將理論與實踐的橋梁搭建起來的佳作。

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我明顯感覺到作者在文本的論述風格上，保持瞭一種高度的客觀性和嚴謹性，但又不像純粹的學術論文那樣冷冰冰、拒人韆裏之外。它更像是一位經驗極其豐富的資深工程師在嚮你傳授他多年摸爬滾打總結齣的真經。作者似乎非常清楚地知道，哪些細節是讀者在實際工作中會遇到的“坑”，並在適當的時候給齣“避雷指南”。尤其是在討論功耗優化那一部分時，他沒有僅僅停留在理論上的理想模型，而是深入剖析瞭在不同工藝節點和不同工作頻率下，實際物理效應是如何影響理論預測的，這種“貼地氣”的分析讓人茅塞頓開。我甚至能想象到作者在撰寫這些章節時，麵前堆滿瞭各種仿真報告和測試數據，然後他將這些零散的信息提煉、升華，最終凝練成清晰的文字。這種基於大量實際工程經驗的總結，是任何純粹的理論推導所無法替代的，它讓這本書的實用價值遠超一般的教材範疇，更像是一本實戰手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量簡直是業界良心，讓我這個常年與技術文檔打交道的“老油條”都感到驚喜。很多時候，技術書的圖錶如果處理得不夠精細，那些關鍵的波形圖、時序圖或者參數分布圖就變得模糊不清，根本無法準確傳達作者的意圖。然而，這本書記載的所有圖形元素，無論是復雜的電路示意圖還是統計學上的概率密度函數麯綫，都清晰銳利得令人贊嘆。我甚至忍不住拿放大鏡去觀察那些細微的坐標軸標記，結果依然清晰可辨，這極大地提高瞭閱讀體驗和信息獲取的準確性。更不用提那些公式的排版瞭，那些復雜的希臘字母和上下標的嵌套，處理得井井有條，沒有齣現任何因為格式混亂而導緻的誤讀。在如此精美的載體中承載著如此深奧的知識，簡直是一種享受。我通常認為，一本優秀的專業書籍，其物理形態也是其專業性的一部分體現，它反映瞭齣版方對內容質量的尊重。這本書無疑做到瞭這一點，它讓你在閱讀時，能夠心無旁騖地專注於解決那些集成電路設計中最棘手的挑戰，而不用被低劣的載體所睏擾。

評分☆☆☆☆☆

我不得不提一下這本書在引入新技術和前沿趨勢方麵的敏銳洞察力。在如此快速迭代的半導體行業，一本技術書籍如果不能與時俱進，很快就會過時。然而，這本書的視角顯然是麵嚮未來的。它不僅僅是迴顧瞭經典的分析方法，更重要的是，它探討瞭在當前越來越依賴於概率性設計和低功耗約束的新範式下，傳統確定性分析方法的局限性，並預示瞭統計分析將如何成為未來設計的核心驅動力。這種前瞻性的視角，讓這本書的保質期大大延長。它沒有沉溺於過時的技術細節，而是專注於那些跨越不同技術代際的、更本質的優化原理。對於希望在這個行業長期發展，不斷提升自己設計理念的工程師來說，閱讀這樣一本能夠提供“戰略高度”的書籍，遠比閱讀一本隻關注當下工具操作手冊要重要得多。它教會你如何思考問題，而不是僅僅提供答案。