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出版者:John Wiley & Sons

作者:Sabih H. Gerez

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:1998-12-22

价格:USD 81.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471984894

丛书系列:

图书标签:

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《大规模集成电路设计自动化算法》 一部深入探讨现代集成电路设计流程中核心算法的权威著作 书籍简介： 在当代电子工程领域，集成电路（IC）的设计复杂度以前所未有的速度增长。随着晶体管尺寸的不断缩小和系统集成度的持续提高，传统的手动设计方法已完全无法应对现代超大规模集成电路（VLSI）的挑战。《大规模集成电路设计自动化算法》正是为应对这一挑战而撰写的专业性、技术密集型的参考书籍。本书专注于系统性地梳理和剖析支撑现代电子设计自动化（EDA）工具背后的数学原理、计算模型和核心算法。 本书并非专注于特定的硬件描述语言（如 VHDL 或 Verilog）或某个特定的商业 EDA 软件操作指南，而是将焦点放在了设计流程的底层逻辑和计算效率上。它旨在为读者提供一个坚实的理论基础，理解为什么某些设计决策在计算上是可行的，而另一些则不然。 内容深度与结构： 本书的结构经过精心设计，旨在引导读者从基础的组合优化问题，逐步深入到复杂的时序分析和物理实现领域。全书可划分为六个主要部分，涵盖了从高层次综合到最终版图布局的完整 EDA 链条。 第一部分：基础理论与数学模型 本部分为后续的算法探讨奠定基础。它回顾了解决 IC 设计问题所需的关键数学工具，包括图论（Graph Theory）、组合优化（Combinatorial Optimization）的基本概念。重点在于如何将复杂的 IC 设计约束（如功耗、面积、速度）抽象为可计算的数学模型，例如二元决策图（BDD）在逻辑综合中的应用，以及如何利用线性规划和整数规划来初步建模设计任务。 第二部分：逻辑综合与技术映射 逻辑综合是连接系统级描述与晶体管级实现的桥梁。本部分详尽分析了如何高效地将寄存器传输级（RTL）描述转化为逻辑门级网表。核心内容包括： 1. 逻辑优化算法： 涵盖了基于查找表的映射（Technology Mapping）技术，以及如何利用可满足性问题（SAT）求解器进行逻辑等价性验证。 2. 强逻辑优化（Strong Optimization）： 深入探讨了如何处理多输入逻辑函数，以及如何在保持功能等价的前提下，减少电路的门数量和层数。 3. 抽象语法树（AST）和支配集（Dominator Sets）的应用： 解释了如何通过结构分析来指导逻辑的简化和重构。 第三部分：布局规划与初步布线（Placement and Floorplanning） 在确定了逻辑功能后，物理实现阶段的工作便拉开帷幕。本部分重点关注如何确定芯片上各个功能块的相对位置，以优化后续布线的可实现性和性能。 1. 全局布局策略： 分析了著名的迭代改进算法，如模拟退火（Simulated Annealing）和力导向方法（Force-Directed Methods），在解决高密度布局问题中的应用及局限性。 2. 拥塞分析与最小化： 探讨了预测和避免布线拥塞的算法模型，特别是基于网格划分（Grid Partitioning）的布局技术。 3. 电源网络规划： 涵盖了如何基于电流密度需求，规划有效的电源和地线结构，确保电压降（IR Drop）在可接受范围内。 第四部分：详细布线（Detailed Routing） 这是 EDA 流程中计算量最为密集的环节之一。本书细致剖析了用于在既定布局下连接所有设计点的算法。 1. 通道布线与开关盒布线： 深入分析了著名的“线搜索”算法（如 Dogleg Router）和基于网格的算法，以及它们如何处理过孔（Via）的放置。 2. 约束驱动的布线： 讨论了如何将设计规则（DRC）——如最小间距、最小线宽——编码到布线算法中，以确保物理制造的可行性。 3. 多层布线与全局布线： 阐述了如何将复杂的二维布线问题分解为多层级的规划，包括利用最短路径算法（如 A 算法的变体）在宏观层面确定连接的路径。 第五部分：时序分析与静态时序验证（STA） 现代高性能电路的性能几乎完全由时序约束决定。本部分专注于描述如何精确计算和验证电路的时序裕度。 1. 延迟模型与建模： 详细介绍了工艺库中的延迟信息的结构，以及如何处理互连线延迟（Interconnect Delay）随频率增加而主导延迟的现象。 2. 建立时间（Setup）与保持时间（Hold Time）分析： 深入探讨了最坏情况（WC）和最好情况（BC）路径的计算方法，包括如何处理时钟偏移（Skew）和抖动（Jitter）。 3. 时钟树综合（CTS）： 分析了用于构建低偏斜、低功率时钟网络的算法，如最小化缓冲器延迟的树形结构算法。 第六部分：功耗优化算法 随着移动设备和物联网（IoT）的普及，功耗已成为与性能同等重要的设计指标。本书的最后一部分探讨了在不同设计阶段降低动态和静态功耗的算法技术。 1. 动态电压与频率调整（DVFS）的软件实现基础： 探讨了如何通过算法控制不同模块的运行电压和频率，以实现系统级的能效优化。 2. 门控技术（Clock Gating & Power Gating）： 描述了在 RTL 级和逻辑综合阶段识别和插入自动功耗管理逻辑的算法。 3. 状态保持与唤醒机制： 分析了如何通过高效的状态保存和恢复机制，优化睡眠模式下的功耗。 目标读者： 本书适合于研究生及以上层次的电子工程、计算机工程专业的学生，以及在半导体公司、EDA 软件开发领域工作的资深工程师和算法研究人员。它要求读者具备扎实的离散数学、算法分析和基础电路知识。本书旨在培养读者从“如何使用工具”到“理解工具是如何工作的”的思维转变，从而能够开发出更高效、更先进的芯片设计自动化解决方案。

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《Algorithms for VLSI Design Automation》这本书，就像一本算法的百科全书，涵盖了VLSI设计自动化领域的方方面面，并且以一种系统化的方式将其展现出来。我尤其对书中关于“版图生成”（Layout Generation）的算法介绍，给予了极高的评价。从早期的版图规则到现代的智能版图生成，书中清晰地勾勒出了版图设计算法的发展轨迹。作者深入介绍了各种算法，例如，如何将逻辑门和连接关系转化为物理版图，如何优化栅格对齐、金属层分配、以及全局布线和详细布线。书中对“设计规则检查”（DRC）算法的讲解，让我看到了几何算法在版图验证中的核心地位。例如，如何高效地检测线宽、间距、重叠等违规情况，以及如何利用各种数据结构和几何运算来加速这一过程，都让我印象深刻。此外，在“签名分析”（Signature Analysis）和“内建自测试”（BIST）方面，书中对如何生成测试向量，如何计算测试覆盖率，以及如何设计和集成BIST电路的算法，都给予了详尽的阐述。这让我看到了EDA算法在保障芯片质量和可靠性方面的重要作用。

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对于一位在集成电路设计领域摸爬滚打多年的工程师而言，《Algorithms for VLSI Design Automation》这本书所展现出的深度和广度，无疑是一次精神上的洗礼。它不仅仅是对现有EDA工具背后算法的简单罗列，而是对这些算法的根源、演进以及未来发展趋势进行了深刻的剖析。我特别欣赏书中对“图论在VLSI布局中的应用”这一章节的详尽阐述。从早期的网表划分到现代的混合整数规划，书中清晰地勾勒出了布局算法从简到繁、从经验驱动到理论驱动的演变过程。例如，书中对最小割问题在单元划分中的应用，以及对k-means聚类算法在初步放置中的启示，都让我眼前一亮。这些算法的背后，蕴含着深厚的数学理论和巧妙的工程实践。此外，书中对“时序优化”的论述也令我印象深刻。不同于许多教材仅仅停留在基本时序约束的讲解，《Algorithms for VLSI Design Automation》更进一步，深入到了路径延迟计算、临界路径分析以及各种时序修复算法的原理。特别是对静态时序分析（STA）中关键路径的识别和延迟传播的建模，其精妙之处令人叹为观止。这本书不仅为我提供了解决当前设计挑战的理论工具，更重要的是，它为我思考未来的设计方法论提供了深刻的启示。

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这本书的价值，在我看来，远不止于其技术内容的深度，更在于它所传递的一种严谨的科学思维方式。在阅读《Algorithms for VLSI Design Automation》的过程中，我常常被作者在算法设计和分析上的细致入微所折服。例如，在讨论“功耗优化算法”时，书中并没有止步于介绍一些常见的低功耗技术，而是深入到了这些技术背后的计算复杂度和算法实现细节。作者详细阐述了如何将门控时钟、动态电压频率调整（DVFS）等技术，转化为具体的优化问题，并通过各种搜索算法和启发式方法来寻找最优的功耗-性能权衡。这让我深刻体会到，在EDA领域，理论的深度与实际的应用是紧密相连的。同样，在“可测试性设计”（DFT）的章节中，书中对扫描链插入、BIST（Built-In Self-Test）覆盖率计算等算法的讲解，清晰地展示了如何在满足功能性的同时，最大化设计的可测试性。作者对各种测试生成算法（如ATPG）的原理和复杂度分析，让我看到了工程实践中对计算效率的极致追求。这本书让我明白，每一个EDA算法的背后，都隐藏着对计算资源、设计约束和理论极限的深刻理解。

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这是一本能够让你在阅读中不断产生“原来如此”感悟的书。《Algorithms for VLSI Design Automation》在“布线”（Routing）算法的阐述上，堪称经典。作者不仅介绍了传统的信道布线、多层布线等经典算法，更深入地探讨了现代全定制布局布线中涉及的复杂问题，例如，如何处理形状不规则的障碍物，如何优化线长、拥塞和时序，以及如何处理信号完整性问题。书中对各种布线算法（如Dijkstra算法、A*搜索算法、多源多汇布线）的原理和复杂度进行了详尽的分析，并着重介绍了如何将这些算法应用于实际的EDA工具中。我尤其欣赏书中关于“拥塞分析和去除”（Congestion Analysis and Removal）的章节，它让我深刻理解了布线过程中最大的挑战之一——如何在有限的布线资源中，将所有的连线都成功地连接起来，并且避免过度拥塞。书中介绍的各种拥塞预测模型和拥塞缓解技术，都展现了EDA算法在解决实际工程难题上的智慧。此外，在“功耗优化”部分，书中对如何通过算法手段降低芯片的动态和静态功耗，例如通过门控时钟、动态电压频率调整（DVFS）等技术的实现，都让我对如何在设计阶段就考虑功耗问题有了更全面的认识。

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翻阅《Algorithms for VLSI Design Automation》，我仿佛置身于一个算法的殿堂，每一页都闪烁着智慧的光芒。这本书对于“形式验证”这一关键环节的深入探讨，尤其令我印象深刻。书中详细介绍了模型检查、定理证明以及SAT/SMT求解器在形式验证中的应用。作者对于如何将硬件设计转化为数学模型，以及如何利用算法来证明设计的正确性，进行了清晰而系统的阐述。这让我看到了将形式化方法应用于大规模集成电路设计的巨大潜力。特别是对模型检查算法中状态空间爆炸问题的讨论，以及如何通过各种抽象和约简技术来克服这一挑战，都展现了该领域的深度和复杂性。此外，书中对“时序驱动布局布线”算法的讲解，也让我看到了算法的迭代和演进。作者不仅介绍了传统的布局布线算法，更重点阐述了如何将时序约束融入到布局布线过程中，以期在早期就解决时序问题。这种跨模块的协同优化思想，正是现代EDA发展的重要趋势。这本书让我深刻体会到，EDA算法的设计，是一个不断追求精确性、效率和鲁棒性的过程。

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《Algorithms for VLSI Design Automation》这本书，在我看来，是一部真正能够引领读者深入理解VLSI设计自动化核心奥秘的杰作。我特别被书中关于“布局”（Placement）算法的详细讲解所吸引。作者以一种极其清晰和循序渐进的方式，介绍了从早期基于图割的算法，到后来的力导向布局，再到现代基于优化的混合整数规划和基于学习的布局方法。书中对各种优化目标（如线长、密度、时序）如何转化为数学模型，以及如何通过迭代算法和并行计算来求解，都给予了详尽的阐述。我尤其对书中关于“多目标优化”的讨论产生了浓厚的兴趣，这让我意识到，在实际的VLSI设计中，往往需要同时考虑多个相互制约的设计指标，而如何有效地在这些指标之间进行权衡，是EDA算法的核心挑战之一。此外，书中对“时序分析”（Timing Analysis）部分的深入讲解，也让我看到了算法在解决关键设计问题中的重要作用。从静态时序分析（STA）的基本原理，到各种路径延迟计算、时钟偏移分析、以及跨时钟域（CDC）处理算法，书中都给予了细致的阐述。

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对于任何希望深入理解集成电路设计自动化背后原理的人来说，《Algorithms for VLSI Design Automation》都是一本不可或缺的宝典。这本书在“网表优化”（Netlist Optimization）和“逻辑综合”（Logic Synthesis）方面的阐述，给我留下了深刻的印象。作者以一种清晰且极具说服力的方式，介绍了如何将高层次的RTL（Register Transfer Level）描述，转化为低层次的门级网表，并在这个过程中进行各种优化。书中对布尔代数、状态机最小化、逻辑简化、以及门级优化（例如，冗余消除、等效门替换）等算法的讲解，都让我看到了将抽象逻辑转化为高效电路的艺术。特别是对卡诺图、奎因-麦克拉斯基算法等经典逻辑化简方法的梳理，以及如何将其应用于现代EDA工具中的高效算法，都让我受益匪浅。此外，书中对“时序优化”（Timing Optimization）的讨论，也让我看到了算法在解决关键设计挑战中的重要性。例如，如何通过插入缓冲器、调整逻辑门、或者重新安排时序路径来满足时序约束，都依赖于精巧的算法设计。这本书让我深刻体会到，EDA算法的设计，是一个不断追求精确性、效率和鲁棒性的过程，并且需要深厚的数学理论和工程实践相结合。

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初次翻开《Algorithms for VLSI Design Automation》这本书，就被它深邃的内容和严谨的论证所吸引。虽然我尚未深入到每一个算法的细节，但仅仅是概览其章节的编排和主题的覆盖面，便足以让我对VLSI设计自动化领域的研究深度和广度有了全新的认识。作者以一种极其系统化的方式，将原本错综复杂的EDA（Electronic Design Automation）流程分解成一个个可管理的模块，并针对每个模块的核心挑战，深入浅出地介绍了相应的算法理论和实现方法。从逻辑综合的布尔代数优化，到布局布线的图论算法，再到时序分析的图搜索技术，这本书仿佛是一张详尽的地图，为我们指明了探索VLSI设计自动化各个角落的路径。我尤其对其中关于“设计空间探索”的章节产生了浓厚的兴趣，这部分内容似乎触及了EDA中最具挑战性的问题之一——如何在海量的设计可能性中找到最优解。书中对各种启发式算法和精确算法的对比分析，让我对算法的权衡取舍有了更深刻的理解。即便只是初步涉猎，这本书也已经为我打开了一扇通往更高级EDA知识的大门，激发了我进一步深入研究的强烈愿望。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导读者理解和掌握这一复杂而迷人的领域。

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《Algorithms for VLSI Design Automation》这本书，就像一位技艺精湛的匠人，用其饱满的知识和细腻的笔触，为我们描绘了现代集成电路设计自动化领域的壮丽画卷。我尤其对书中关于“物理验证”部分的算法介绍，给予了高度的评价。虽然这个部分涉及到的细节可能比其他章节更为复杂，但作者的讲解方式却显得异常清晰和有条理。从设计规则检查（DRC）中的几何算法，到版图与原理图对比（LVS）中的图匹配算法，再到寄生参数提取中的场求解算法，本书都给予了详尽的阐释。特别是对DRC中线宽、间距检查等问题的算法化处理，让我看到了几何计算在VLSI设计中的核心地位。书中对各种几何图元的表示方法，以及如何高效地进行布尔运算和碰撞检测，都展现了作者深厚的功底。此外，在“功耗分析”这一章，书中对功耗模型、功耗分解以及各种动态和静态功耗分析算法的介绍，也让我对如何量化和优化芯片功耗有了更系统的认识。这种对复杂问题进行系统化分解和算法化处理的能力，正是EDA领域的核心所在。

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这本书所带来的启发，不仅仅是知识的累积，更是一种思维方式的重塑。《Algorithms for VLSI Design Automation》以其独特的视角，将抽象的算法理论与具象的VLSI设计过程紧密结合。我特别欣赏书中关于“逻辑综合”的章节，它深入探讨了如何将高层次的 RTL（Register Transfer Level）代码转化为门级网表，以及在这个过程中涉及到的各种优化技术。书中对布尔代数、状态机最小化、逻辑简化以及映射等算法的讲解，让我看到了将抽象逻辑转化为具体电路的艺术。特别是对卡诺图、奎因-麦克拉斯基算法等经典逻辑化简方法的梳理，以及如何将其应用于现代EDA工具中的高效算法，都让我受益匪浅。此外，在“布局和布线”这一部分，书中对各种启发式算法（如模拟退火、遗传算法）和精确算法（如整数线性规划）在解决NP-hard问题上的应用，让我深刻理解了EDA算法的本质——在有限的计算资源下，如何找到接近最优的解决方案。这本书让我意识到，EDA算法的设计，不仅仅是数学公式的堆砌，更是对计算复杂度和实际工程需求的深刻权衡。

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