超大规模集成电路布图理论及算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:洪先龙

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-10-01

价格:20.0

装帧:

isbn号码:9787030065728

丛书系列:

图书标签:

• 集成电路
• 布图
• VLSI
• CAD
• 算法
• 理论
• 设计
• 半导体
• 电子工程
• 计算机科学

《摩尔定律的遗产：芯片设计中的微观世界与宏观战略》 本书并非一本关于超大规模集成电路（VLSI）布图理论与算法的教材，而是深入探讨半导体产业发展脉络、芯片设计理念演变，以及驱动这一切技术革新的宏观战略和微观洞察。我们从历史的长河中溯源，追溯集成电路诞生至今的辉煌历程，解析其背后驱动力，以及信息时代如何被一块块精密的芯片所重塑。 第一章：硅片上的史诗——集成电路的诞生与演进 本章将带领读者穿越时空，回到集成电路的黎明。我们将详细介绍晶体管的发明如何颠覆电子学，以及积体电路（IC）理念的提出如何开启微型化革命的序幕。从最初的几个晶体管到如今数十亿甚至万亿晶体管的集成，本书将生动描绘这一令人惊叹的“摩尔定律”式的飞跃。我们将聚焦于关键的技术突破，例如平面工艺的出现、光刻技术的进步，以及不同代际的芯片制造工艺在性能、功耗和成本上的迭代。同时，本章也将引入集成电路设计理念的早期萌芽，例如逻辑门电路的构建和基础电路的实现，为后续的深入探讨奠定基础。 第二章：芯片大脑的构造——架构设计的哲学与实践 本书的核心内容并非布图的细节，而是芯片“大脑”的构建蓝图——架构设计。我们将深入剖析不同类型的芯片架构，从通用的中央处理器（CPU）到专用的图形处理器（GPU）、数字信号处理器（DSP）以及日益重要的现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）。每一类架构都有其独特的优势和适用场景，我们将通过案例分析，阐述它们在满足不同应用需求时所展现出的设计哲学。读者将了解到，一个高性能、低功耗的芯片，其成功与否很大程度上取决于前端的架构设计，包括指令集架构（ISA）的选择、流水线的设计、缓存系统的优化、多核技术的应用，以及并行计算策略的引入。本章将侧重于阐述这些架构层面的决策如何影响芯片的整体效能和功能，而非其物理实现的具体流程。 第三章：指令的舞蹈——指令集架构与软件的共生 指令集架构（ISA）是CPU与软件之间的桥梁，也是芯片设计中至关重要的一环。本章将详细介绍RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）两大指令集架构的演变历程，分析它们各自的设计理念、优缺点以及在不同应用领域的影响。我们将探讨ARM架构如何凭借其低功耗特性在移动设备领域占据主导地位，以及x86架构如何在服务器和个人电脑市场长期领跑。同时，本章也将关注指令集架构的未来发展趋势，例如RISC-V的崛起及其开放性和可定制性带来的机遇，以及针对人工智能、机器学习等新兴应用优化的指令集设计。我们将强调，指令集架构的设计并非孤立存在，而是与软件生态紧密相连，共同塑造着计算的未来。 第四章：性能的极限——处理器设计中的瓶颈与创新 在追求更高性能的道路上，处理器设计者们始终面临着各种挑战。本章将聚焦于处理器设计的关键瓶颈，例如内存墙（Memory Wall）、功耗墙（Power Wall）以及散热问题。我们将深入探讨解决这些问题的各种创新技术，包括更先进的缓存层次结构、预取技术、动态电压频率调整（DVFS）、片上网络（NoC）互连技术，以及异构计算的融合。读者将了解到，现代处理器是如何通过精巧的设计和复杂的控制逻辑，将数亿甚至数十亿晶体管协同工作，实现惊人的计算能力。本章将以案例研究的形式，展示业界顶尖处理器在克服技术障碍，突破性能极限过程中的智慧与创新。 第五章：算力的触角——人工智能与高性能计算的崛起 人工智能（AI）和高性能计算（HPC）的蓬勃发展，正在以前所未有的速度驱动着芯片设计的革新。本章将探讨AI和HPC对芯片架构提出的新需求，以及由此催生的专用硬件解决方案，例如AI加速器（TPU、NPU等）。我们将分析深度学习模型对计算能力、内存带宽和功耗的要求，以及如何通过定制化的硬件设计来满足这些需求。同时，本章也将关注HPC领域，例如超级计算机的架构设计、大规模并行计算的挑战，以及如何通过硬件加速器提升科学计算的效率。本书将强调，AI和HPC的兴起，不仅推动了芯片技术的进步，也正在深刻改变着科学研究、工业生产和社会生活的方方面面。 第六章：硬件的灵魂——软件定义硬件与未来展望 随着技术的不断发展，硬件与软件的界限日益模糊。“软件定义硬件”的理念正在成为一种重要的趋势。本章将探讨这一概念的内涵，以及它如何影响芯片的设计、开发和应用。我们将讨论可重构计算、硬件虚拟化等技术，以及它们在提升硬件灵活性和效率方面的作用。同时，本章也将展望集成电路产业的未来，包括量子计算、存内计算（In-Memory Computing）等颠覆性技术的潜在影响，以及新材料、新工艺在推动行业发展中的作用。我们将强调，理解芯片设计背后的宏观战略和底层逻辑，对于把握未来科技发展方向至关重要。 《摩尔定律的遗产：芯片设计中的微观世界与宏观战略》旨在为读者提供一个全局性的视角，理解集成电路产业的过去、现在和未来。我们不深入探讨具体的布图实现细节，而是聚焦于芯片设计中的核心理念、架构演进、性能优化以及技术革新背后的驱动力。本书适合对半导体产业、计算机体系结构、人工智能硬件以及未来科技发展感兴趣的读者，希望能引发更深入的思考和讨论。

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我借阅这本大部头的主要目的是想深入挖掘关于功耗敏感型布图（Power-Aware Placement）的理论基础。这本书在相关章节中，并没有简单地罗列已有的优化技术，而是从热点分析和IR Drop的物理建模出发，构建了一套完整的约束优化框架。我对其中引入的随机过程模型来预测电迁移（Electromigration）风险的部分印象深刻，这种跨学科的融合视角极大地拓宽了我的思路。作者在阐述算法时，经常会穿插一些历史上的经典案例，比如早期的Min-Cut算法如何演变到后来的Partitioning技术，这种历史的纵深感让冷冰冰的算法讲解增添了几分人文色彩。虽然内容厚重，但章节之间的逻辑衔接非常顺畅，从理论到模型，再到算法实现，形成了一个自洽的知识闭环，阅读体验上是令人敬佩的。

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坦白说，这本书的语言风格非常“学术”，没有多余的客套和引导性的铺垫，开篇即直入主题，对于习惯了轻快阅读风格的读者来说，可能需要建立起一个高度集中的阅读心境。我发现书中的插图质量普遍很高，尤其是那些三维布局示意图和流程图，用色克制但信息量巨大，有效地帮助理解那些抽象的优化目标函数。在算法复杂度分析部分，作者对待渐近复杂度的讨论非常严谨，并且对不同规模输入下的实际性能进行了预测性的评估，这对于评估算法在工业级芯片设计流程中的可行性至关重要。它不仅仅是一本理论教科书，更像是一份系统性的方法论指南，指导读者如何从零开始构建一套自己的布图求解器框架。这本书的索引做得非常详尽，这对于需要快速定位某个特定定理或算法实现的读者来说，是极其友好的设计。

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这本书的封面设计得非常朴实，封面上印着“**超大规模集成电路布图理论及算法**”几个大字，字体选择了比较经典的宋体，给人一种严谨、专业的印象。尽管内容深奥，但从排版和用词上可以看出作者试图在学术的严谨性和读者的可读性之间寻求平衡。我拿到这本书时，立刻被它厚实的篇幅所吸引，这通常意味着内容覆盖面广且讲解深入。我对其中涉及到的布局优化和时序分析等章节格外关注，希望能从中找到解决实际设计中遇到的瓶颈问题的钥匙。这本书的结构安排得很清晰，从基础的几何布局到复杂的时序约束，层层递进，对于初学者来说，可能需要多花一些时间去适应这种密集的理论体系，但对于有一定基础的工程师或研究生来说，无疑是一本可以反复研读的工具书。尤其欣赏它在算法部分对NP-hard问题的处理策略，提供了多种启发式算法的详细推导过程，这远比市面上一些只停留在概念介绍的教材要深入得多。

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这本书的价值在于它对“理论”二字的坚持。在当前许多技术书籍倾向于介绍工具操作和API使用的背景下，它毅然决然地选择了深挖底层原理。例如，它详细剖析了延迟模型（如Look-Up Table模型和Slew-Rate限制模型）在布图优化中的数学特性差异，以及这些差异如何影响最终时序的收敛性。我特别喜欢其中关于敏感路径提取和时钟树综合（CTS）的章节，作者没有止步于传统的最小化缓冲延迟，而是引入了对电源噪声和时钟抖动的联合优化视角，这反映了作者对现代高频设计的深刻洞察。唯一的不足可能在于，由于其理论的普适性，书中并未提供大量的可以直接运行的代码实例，读者需要自己根据描述来实现算法，这对于动手能力较弱的读者构成了一定的学习门槛，但从长远来看，这恰恰是培养独立研究能力的必经之路。

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阅读这本书的过程，就像是在攀登一座信息密度极高的技术高峰。书中对各种布图算法的数学建模部分阐述得极其透彻，每一个公式、每一个不等式的推导都力求严谨，丝毫没有敷衍了事的感觉。我特别对比了其中关于全局布线和详细布线分离策略的讨论，作者采用了一种近乎“偏执”的细节描述，将不同路由算法在拥塞缓解上的优劣势进行了细致的量化比较，这对我理解现代EDA工具背后的核心逻辑大有裨益。虽然书中充斥着大量的公式和图表，偶尔会让人感到喘不过气来，但正是这份扎实的基础工作，使得书中的结论具有极强的说服力和实践指导意义。遗憾的是，对于最新的FinFET或Gate-All-Around（GAA）结构下的布图挑战，书中的讨论略显保守，更多地聚焦于成熟的CMOS工艺节点，这或许是这类理论专著的通病，即内容更新速度难以跟上工艺演进的步伐。

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