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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Goff, David R.

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2002-12

价格:$ 110.68

装帧:HRD

isbn号码:9780240804880

丛书系列:

图书标签:

• 光纤通信
• 视频传输
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• 数字视频
• 光电子
• 网络传输

现代集成电路设计与应用前沿 本书深入探讨了当代集成电路（IC）设计领域中最具前瞻性和实用价值的技术与方法，旨在为电子工程师、电路设计师以及相关领域的研究人员提供一个全面而深入的学习平台。 在信息技术飞速发展的今天，集成电路作为信息处理的核心“芯片”，其性能的提升直接决定了整个电子系统的上限。本书聚焦于当前行业热点和未来发展趋势，系统地梳理了从器件物理到系统级集成的各个关键环节。 --- 第一部分：先进半导体器件与工艺基础 本部分奠定了理解现代IC性能瓶颈与突破点的基础，详细解析了支撑摩尔定律延续的关键物理和工艺创新。 第一章：CMOS 技术的极限挑战与新材料探索 本章首先回顾了传统硅基CMOS晶体管的结构演进，重点分析了在亚10纳米节点上面临的短沟道效应、漏电流增加等核心问题。随后，着重介绍了应对这些挑战的新型器件结构，如 FinFET（鳍式场效应晶体管）和 Gate-All-Around (GAA) 晶体管的工作原理、设计优化和制造工艺的复杂性。此外，我们详细探讨了后硅时代的新型半导体材料，包括二维材料（如石墨烯、二硫化钼）在超低功耗和高频应用中的潜力与面临的集成难题。 第二章：超低功耗电路设计的器件级优化 在移动计算和物联网驱动下，功耗已成为衡量电路性能的另一核心指标。本章聚焦于如何从器件层面实现能效的突破。内容涵盖亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）的优化技术、新型偏置电路（如自适应体偏置技术）的应用，以及如何利用FD-SOI（全耗尽绝缘体上硅）技术来提高器件的静电控制能力，从而在保证速度的同时，大幅降低静态功耗。 第三章：集成电路制造中的先进光刻技术 光刻是决定芯片特征尺寸和良率的关键。本章系统阐述了从深紫外光刻（DUV）到极紫外光刻（EUV）的演进历程。重点解析了EUV技术的关键挑战，包括光源的稳定性和掩模版的缺陷控制。同时，对多重曝光技术（如SADP/SAQP）在实现高密度互联方面的应用进行了深入分析，强调了工艺窗口控制对设计规则制定的影响。 --- 第二部分：数字IC设计与架构创新 本部分侧重于数字逻辑的实现、验证和系统级架构的优化，覆盖了从 RTL 级到物理实现的整个流程。 第四章：高性能处理器核心架构与微架构 本章深入剖析了现代高性能微处理器（CPU/GPU）的设计哲学。详细介绍了乱序执行（Out-of-Order Execution）引擎的流水线设计、分支预测单元的改进算法（如基于神经网络的分支预测器）以及内存访问层次结构的优化（如多级缓存一致性协议）。内容涵盖了RISC-V等新兴指令集架构在定制化加速器中的应用与设计考量。 第五章：时序与功耗约束下的综合与布局布线 随着工艺节点的推进，时序收敛变得异常困难。本章着重讲解了先进的静态时序分析（STA）方法论，包括对工艺角（PVT Corner）和定制化时序模型的处理。在综合和布局布线阶段，本书强调了先进的时序驱动优化技术，如时序感知型布局（Timing-Aware Placement）和高密度布线下的电迁移（EM）与IR降分析。此外，还介绍了功耗门控（Power Gating）和时钟树综合（CTS）中实现低抖动和低功耗的关键策略。 第六章：形式化验证与等效性检查 在复杂SoC的设计中，功能验证占据了设计周期的大部分时间。本章超越传统的仿真方法，聚焦于形式化验证（Formal Verification）技术。详细介绍了模型检测（Model Checking）和等效性验证（Equivalence Checking）在确保设计正确性方面的应用。内容包括如何构建有效的属性规范语言（PSL/SVA）描述，以及如何利用SMT求解器优化验证的完备性。 --- 第三部分：模拟、混合信号与射频集成电路 本部分关注模拟电路的精度、噪声控制和高速通信接口的实现。 第七章：低噪声高精度ADC/DAC设计 模数和数模转换器是连接数字世界与物理世界的桥梁。本章系统分析了各类高速ADC（如流水线、Sigma-Delta）和高精度DAC的设计权衡。重点讨论了开关电容网络的设计、量化噪声的抑制技术以及如何应对工艺偏差对匹配精度的影响。对于Sigma-Delta转换器，深入讲解了调制器结构（如MASH、LADDER）的选择与环路滤波器的高阶设计。 第八章：高速SerDes接口与均衡技术 在数据中心和高速通信系统中，SerDes（串行器/解串器）是实现远距离、高带宽传输的核心。本章详细解析了高速串行链路中的物理层挑战。内容包括先进的信道建模、前馈（FF）和反馈（FB）均衡器的设计原理，以及判决器（Decision Feedback Equalizer, DFE）的自适应算法。重点探讨了如何在低信噪比（SNR）环境下实现可靠的数据恢复。 第九章：RFIC中的噪声、线性度和功率放大器设计 本章聚焦于无线通信前端的集成挑战。首先，分析了系统级的噪声系数（NF）预算分配。随后，深入讲解了低噪声放大器（LNA）的匹配网络设计和噪声优化。对于功率放大器（PA），重点对比了A类、AB类以及高效率的D类和E/F类工作模式，探讨了如何通过包络跟踪（Envelope Tracking）技术在保证线性度的同时提升效率。 --- 第四部分：系统级设计与可靠性工程 本部分将视角提升到整个芯片系统层面，关注设计流的自动化与芯片的长期可靠性保障。 第十章：片上系统（SoC）的设计与互联架构 现代SoC通常包含多个异构核（CPU, GPU, DSP, 专用加速器）。本章的核心是片上网络（Network-on-Chip, NoC）的设计。详细阐述了NoC的拓扑结构选择（Mesh, Torus, Folded-Clos）、路由算法（Deterministic vs. Adaptive）以及流量控制机制（Credit-based Flow Control）。同时，探讨了总线结构（如AMBA AXI/ACE）在多核缓存一致性管理中的作用。 第十一章：先进封装技术与3D集成 随着摩尔定律放缓，2.5D/3D集成技术成为延续性能提升的主要途径。本章系统介绍了高密度互连层（Interposer）、中介层（Interposer）技术以及TSV（硅通孔）的制造与应用。重点分析了3D IC中关键的设计挑战，包括热管理（Thermal Management）、层间通信延迟和功耗分布的耦合效应。 第十二章：集成电路的可靠性与安全设计 芯片的长期运行可靠性和安全性至关重要。本章覆盖了对瞬时失效（如ESD/EOS）和长期退化（如NBTI/HCI）的预防措施。在安全方面，深入探讨了侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的原理，以及硬件层面的抗侧信道对策，例如随机化电路操作、掩模技术（Masking）和时序去相关技术在加密加速器中的实现。 --- 总结： 本书以严谨的工程视角，结合最新的学术研究成果和工业界实践，构建了一个全面的现代集成电路设计知识体系。它不仅是深入理解现有尖端技术的设计手册，更是展望未来IC设计范式的思想指南。

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