Algorithmic and Knowledge Based CAD for VlSI (IEE Circuits, Devices and Systems Series) (I E E Circu pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Institution of Engineering and Technology

作者:G. Russell

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-03-01

价格:USD 104.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780863412677

丛书系列:

图书标签:

• VLSI
• CAD
• Algorithms
• Knowledge-Based Systems
• Circuit Design
• Electronic Design Automation
• IEE Series
• Computer Engineering
• Microelectronics
• Digital Systems

《算法与知识驱动的 VLSI CAD》 一、引言 集成电路（IC）设计是当今科技领域的核心驱动力之一，而超大规模集成电路（VLSI）的设计过程则是一个极其复杂且充满挑战的工程。随着电子设备对性能、功耗和面积的要求不断提高，传统的手工设计方法已远远无法满足需求。计算机辅助设计（CAD）工具在 VLSI 设计中扮演着至关重要的角色，它极大地提高了设计效率、设计质量和设计的可行性。 本书《算法与知识驱动的 VLSI CAD》深入探讨了现代 VLSI CAD 系统中所使用的核心算法和基于知识的方法。它旨在为读者提供对 VLSI 设计流程中各个阶段的算法原理和知识表示技术的深刻理解，从而帮助他们更好地理解、开发和应用这些强大的设计工具。本书的目标读者包括但不限于：电子工程、计算机科学、微电子学等相关领域的学生、研究人员以及从事 VLSI 设计的工程师。 二、VLSI 设计流程概览 在深入探讨算法和知识驱动的 CAD 技术之前，有必要先对 VLSI 设计的一般流程进行回顾。VLSI 设计通常可以分为以下几个主要阶段： 1. 设计输入与规范： 明确电路的功能需求、性能指标、功耗目标和成本限制。 2. 行为级设计（Behavioral Design）： 使用高级语言（如 VHDL、Verilog）描述电路的功能，进行系统级仿真和验证。 3. 寄存器传输级（RTL）设计（Register-Transfer Level Design）： 将行为级描述转化为由寄存器、组合逻辑和时序逻辑组成的结构化描述，这是综合工具的主要输入。 4. 逻辑综合（Logic Synthesis）： 将 RTL 描述转换为门级网表（gate-level netlist），优化电路以满足性能、面积和功耗要求。 5. 物理设计（Physical Design）： 布局（Placement）： 将逻辑门和存储单元放置在芯片物理版图上。 布线（Routing）： 连接布局好的单元之间的信号线，形成完整的电路互连。 时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）： 确保时钟信号以最小的偏斜（skew）和延迟到达所有时序单元。 版图生成（Layout Generation）： 根据布线结果生成最终的 GDSII 或 OASIS 文件，这是芯片制造的基础。 6. 验证（Verification）： 功能验证（Functional Verification）： 确保电路实现的设计功能是正确的。 时序验证（Timing Verification）： 检查电路的时序性能是否满足设计要求，包括建立时间和保持时间。 物理验证（Physical Verification）： 检查版图是否符合制造规则（Design Rule Checking, DRC）以及电化学迁移（Electromigration）等问题。 7. 版图提取与后仿真（Layout Extraction and Post-simulation）： 从版图中提取寄生参数（如电阻、电容），并进行精确的时序仿真，以验证设计是否满足性能目标。 8. 制造（Fabrication）： 将设计版图交给晶圆厂进行制造。 9. 测试（Testing）： 对制造出的芯片进行功能和性能测试。 VLSI CAD 工具贯穿于上述大部分流程，并为每个阶段提供自动化和优化的解决方案。 三、算法在 VLSI CAD 中的应用 算法是 VLSI CAD 工具的核心驱动力。它们被用于解决各种复杂的优化和搜索问题，以在有限的设计时间内生成满足要求的芯片。本书将重点关注以下几个关键领域的算法： 1. 图论算法（Graph Theory Algorithms）： VLSI 设计的许多方面都可以用图来表示，例如： 逻辑综合： 电路可以表示为逻辑图，优化算法（如布尔代数简化、真值表优化）在此基础上进行。 布局与布线： 单元和连接可以表示为顶点和边，图划分（graph partitioning）、最小割（minimum cut）等算法用于优化单元的放置和连接的路径。 时序分析： 信号路径可以表示为图，关键路径分析（critical path analysis）利用图遍历算法来识别最慢的信号路径。 2. 组合优化算法（Combinatorial Optimization Algorithms）： VLSI 设计本质上是一个巨大的搜索空间，需要高效的算法来寻找最优解。 布局（Placement）： 寻找最优的单元位置以最小化线长、减少拥塞或提高时序。模拟退火（simulated annealing）、遗传算法（genetic algorithms）和基于搜索的启发式算法（search-based heuristics）常被用于此。 布线（Routing）： 寻找满足设计规则、最小化线长和减少拥塞的连接路径。Lee 算法、Maze 路由（maze routing）以及更高级的全局路由（global routing）和详细路由（detailed routing）算法是其中的代表。 逻辑综合： 优化逻辑门的选择和连接以满足面积、功耗和时序目标。 3. 机器学习与人工智能算法（Machine Learning and Artificial Intelligence Algorithms）： 近年来，机器学习和人工智能技术在 VLSI CAD 中展现出强大的潜力，用于解决传统方法难以处理的问题。 性能预测： 利用历史设计数据训练模型，预测新设计的性能，从而指导设计方向。 早期设计空间探索： 通过学习设计参数与性能之间的关系，快速探索设计空间，找到最佳设计点。 自动化设计规则检查： 利用模式识别技术辅助发现潜在的设计规则违例。 智能布局与布线： 训练神经网络来学习最优的布局和布线策略，以提高效率和设计质量。 4. 数据结构与数据管理（Data Structures and Data Management）： 高效的数据结构对于存储和访问庞大的设计数据至关重要。 数据库管理： 支持复杂设计数据的存储、检索和版本控制。 高效的数据表示： 如二叉决策图（Binary Decision Diagrams, BDDs）在逻辑综合和验证中用于紧凑地表示布尔函数。 四、知识驱动方法在 VLSI CAD 中的应用 除了算法，知识驱动的方法在 VLSI CAD 中也起着关键作用，它们能够将领域专家的经验和设计规则编码到 CAD 工具中，从而提高设计的智能化程度和自动化水平。 1. 专家系统（Expert Systems）： 将特定设计领域的专家知识用规则的形式表示，用于辅助决策或自动化特定任务。 设计规则检查（DRC）： 基于一组预定义的物理设计规则，检查生成的版图是否符合要求。 时序优化建议： 根据电路结构和性能瓶颈，提供改进建议，例如添加缓冲器、调整门延迟等。 2. 本体论与知识图谱（Ontologies and Knowledge Graphs）： 设计知识表示： 用于形式化描述 VLSI 设计中的概念、关系和约束，便于工具之间的信息交换和知识共享。 智能搜索与推理： 构建能够理解设计上下文的知识图谱，支持更智能的设计搜索和问题诊断。 3. 设计模式与最佳实践（Design Patterns and Best Practices）： 将经过验证的设计模式和最佳实践编码到工具中，指导设计者遵循高效、可靠的设计方法。 4. 学习与适应性（Learning and Adaptability）： 参数调优： CAD 工具中的大量参数需要根据具体设计进行调优。基于学习的方法可以自动寻找最优参数组合。 自适应算法： CAD 算法可以根据输入的设计特性动态调整其策略，以获得更好的结果。 五、本书结构展望 本书将围绕上述算法和知识驱动的方法，为读者提供一个清晰的学习路径。我们将从基础的图论和组合优化算法入手，逐步深入到更复杂的 VLSI CAD 算法，例如在逻辑综合、布局和布线中的具体应用。随后，将探讨人工智能和机器学习技术如何赋能现代 VLSI CAD，以及如何利用知识驱动的方法提升设计的智能化水平。 通过对本书内容的学习，读者将能够： 理解 VLSI 设计流程中各阶段所面临的挑战。 掌握用于解决这些挑战的关键算法原理。 认识到知识表示和推理在自动化设计中的重要性。 了解人工智能技术如何革新 VLSI CAD 的未来。 本书旨在成为一本内容详实、富有洞察力的参考书，帮助读者深入理解并熟练运用算法与知识驱动的 VLSI CAD 技术，为未来的集成电路设计贡献力量。

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