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出版者:科学出版社

作者:（美）克莱茨

出品人:

页数:735

译者:李慧军

出版时间:2008-03

价格:69.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030206978

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 数字电路
• 数字电子学
• 硬件描述语言
• FPGA
• Verilog
• 电子工程
• 可编程逻辑器件
• 设计
• EDA

现代集成电路设计与制造工艺 本书聚焦于当前半导体行业最前沿的集成电路（IC）设计流程、制造技术以及新兴的封装集成方案，为读者提供一个全面而深入的视角，理解如何将复杂的电子系统转化为高性能、低功耗的物理芯片。 --- 第一部分：超大规模集成电路（VLSI）设计基础与流程重塑 本部分详细阐述了现代IC设计所依赖的理论基础和标准流程，特别关注系统级设计（System-Level Design）向晶体管级实现（Transistor-Level Implementation）的转化路径。 第一章：半导体器件物理回顾与先进工艺节点挑战 虽然本书不涉及硬件描述语言（HDL）的具体编程细节，但理解底层器件行为是设计的基础。本章从MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的亚阈值区行为、短沟道效应和静电学角度深入分析了FinFET、GAAFET（Gate-All-Around FET）等先进晶体管结构对电路性能的影响。重点探讨了在7nm及以下工艺节点下面临的功耗墙、工艺变异（Process Variation）和良率控制问题。 第二章：系统级抽象与硬件描述范式转换 本章探讨如何从系统需求（如算法、吞吐量、延迟预算）出发，建立高层次模型。内容包括：基于C/C++和SystemC的高层次综合（High-Level Synthesis, HLS）的原理，如何将算法模型转化为RTL（寄存器传输级）描述的自动生成方法，以及设计空间探索（Design Space Exploration, DSE）的初步框架。强调了如何使用高级建模工具进行功能验证前的性能评估。 第三章：逻辑综合与标准单元库管理 详细解析了逻辑综合工具的工作原理，包括布尔代数优化、逻辑分区、技术映射（Technology Mapping）等关键步骤。重点介绍标准单元库（Standard Cell Library）的构成、特征参数（如驱动能力、输入负载、时序模型）的管理，以及如何根据目标工艺库（PDK）对设计进行优化以满足时序和面积约束。本章不涉及具体HDL代码的编写和仿真，而是关注逻辑单元如何被物理实现。 --- 第二部分：物理实现与签核（Sign-off）技术 物理实现是将逻辑网表转化为可制造的掩模数据（Mask Data）的核心阶段。本部分侧重于布局布线、时序分析和物理验证的复杂技术。 第四章：布局规划与时钟树综合（CTS） 讲解了芯片级别的宏单元（Macro）放置策略，包括电源网络（Power Delivery Network, PDN）的设计，如环形器（Ring）和网格（Mesh）结构，以及去耦电容的优化布局。深入分析了时钟树综合（Clock Tree Synthesis）的算法，包括最小化时钟偏差（Skew）和最大化时钟频率的技术，如基于缓冲器（Buffer）和扇出（Fanout）的平衡策略。 第五章：详细布局布线与布线拥塞分析 本章剖析了全局布线（Global Routing）和详细布线（Detailed Routing）的算法，如最大流/最小割理论在布线冲突解决中的应用。重点关注布线拥塞（Congestion）的预测、分析及其对后序工艺步骤的影响。探讨了多层金属互连的优化，包括线宽、线间距（Spacing）的物理规则设计（DRC）考量。 第六章：静态时序分析（STA）的深度应用 STA是确保电路正确性的关键环节，本章超越基础的建立时间和保持时间分析，深入探讨了先进的STA技术： 时序路径的复杂性： 跨工艺角（Corner）的时序分析、Slew-Dependent 效应建模。 片上变异（OCV）与先进时序模型： 介绍如何使用先进的统计时序分析（Statistical STA）来处理器件参数的随机变化。 功耗相关的时序分析： 如何在高/低电压和温度角下进行时序收敛的迭代优化。 --- 第三部分：低功耗设计与新兴集成技术 随着移动和边缘计算的发展，功耗和集成度成为决定芯片成败的关键因素。本部分着眼于超越传统设计的解决方案。 第七章：先进低功耗设计技术 本章详细分析了实现低功耗芯片的物理和逻辑技术，而非HDL中的睡眠模式代码： 电源门控（Power Gating）： 介绍断续器（Header/Footer Switch）的设计、隔离单元（Isolation Cells）的插入以及唤醒（Wake-up）序列的控制机制，以避免亚稳态和反冲效应（Rush Current）。 多电压域（Multi-Voltage Domain, MVD）设计： 讲解电平转换器（Level Shifter）的设计原理、优化目标，以及在不同电压域之间安全传递信号的策略。 第八章：芯片测试性设计（DFT）与可制造性设计（DFM） 本章关注如何设计一个易于测试和制造的电路结构： DFT 嵌入： 聚焦于扫描链（Scan Chain）的插入、优化及其对面积和时序的影响。自动测试图案生成（ATPG）的原理概述，以及内置自测试（BIST）在存储器和逻辑模块中的应用。 DFM 考虑： 探讨线边缘粗糙度（LER）、图案因子（Pattern Factor）等对制造良率的影响，以及如何通过设计规则调整来提高可制造性。 第九章：先进封装与异构集成 展望未来芯片的集成趋势，本书将重点介绍超越传统平面封装的解决方案： 2.5D/3D 集成： 深入分析硅中介层（Silicon Interposer）的设计、TSV（Through-Silicon Via，硅通孔）的技术挑战、热管理问题以及跨中介层信号的物理实现。 Chiplet 架构： 讨论如何将功能模块分解为独立的 Chiplet，并通过高带宽接口（如UCIe标准）进行互联，这涉及接口设计、良率分割和系统级的功耗优化。 --- 目标读者： 电子工程、微电子学、计算机工程领域的高年级本科生、研究生，以及希望深入了解集成电路物理实现和前沿制造工艺的行业工程师。本书要求读者具备数字电路和半导体物理学的基本知识背景。

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