Modern VLSI Design

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☆☆☆☆☆
出版者:Prentice Hall
作者:Wayne Wolf
出品人:
頁數:640
译者:
出版時間:2002-01-24
價格:USD 80.00
裝幀:Paperback
isbn號碼:9780130619709
叢書系列:
圖書標籤:
  • VLSI
  • 集成電路設計
  • 數字電路
  • 模擬電路
  • CMOS
  • 半導體
  • 芯片設計
  • EDA
  • Verilog
  • VHDL
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具體描述

For Electrical Engineering and Computer Engineering courses that cover the design and technology of very large scale integrated (VLSI) circuits and systems. May also be used as a VLSI reference for professional VLSI design engineers, VLSI design managers, and VLSI CAD engineers.Modern VSLI Design provides a comprehensive "bottom-up" guide to the design of VSLI systems, from the physical design of circuits through system architecture with focus on the latest solution for system-on-chip (SOC) design. Because VSLI system designers face a variety of challenges that include high performance, interconnect delays, low power, low cost, and fast design turnaround time, successful designers must understand the entire design process. The Third Edition also provides a much more thorough discussion of hardware description languages, with introduction to both Verilog and VHDL. For that reason, this book presents the entire VSLI design process in a single volume.

《現代VLSI設計》是一本旨在深入探討超大規模集成電路(VLSI)設計方法論和技術的綜閤性著作。本書並非對特定工具或供應商的依賴性指南,而是專注於傳授讀者理解和掌握VLSI設計核心原理與實踐所需的知識。 本書內容梗概: 全書圍繞著 VLSI 設計的整個流程展開,從概念的誕生到最終芯片的實現,每個階段的關鍵技術和挑戰都進行瞭詳盡的闡述。 第一部分: VLSI 設計基礎與流程 數字係統設計迴顧: 在深入 VLSI 之前,本書首先迴顧瞭數字邏輯設計的基礎知識,包括組閤邏輯和時序邏輯電路的設計,狀態機理論,以及常用的硬件描述語言(HDL)如 Verilog 和 VHDL 的基本語法和應用。這為讀者搭建瞭堅實的理論基礎。 VLSI 設計流程概述: 本部分詳細介紹瞭從高層次的係統規格定義到最終芯片製造的完整 VLSI 設計流程。這包括: 係統級設計 (System-Level Design): 如何將復雜的係統分解為可管理的模塊,並進行高層次的功能建模和性能預估。 寄存器傳輸級 (RTL) 設計 (Register-Transfer Level Design): 使用 HDL 語言將係統功能轉化為硬件描述,重點關注模塊化設計、時序約束和狀態機的實現。 邏輯綜閤 (Logic Synthesis): 將 RTL 代碼轉換為門級網錶,這是一個關鍵的自動化過程,涉及邏輯優化、麵積和時序的權衡。 物理設計 (Physical Design): 包括布局 (Placement) 和布綫 (Routing),將門級網錶映射到實際的矽片上,需要考慮物理約束、信號完整性、功耗等因素。 驗證 (Verification): 貫穿整個設計流程,包括功能驗證、性能驗證和物理驗證,確保設計的正確性和可靠性。 製造與測試 (Manufacturing and Testing): 簡要介紹芯片製造的基本過程,以及如何設計可測試性電路 (DFT) 和進行最終的芯片測試。 第二部分: 核心設計技術與優化 硬件描述語言 (HDL) 高級應用: 除瞭基本語法,本書深入探討瞭如何利用 HDL 進行高效的模塊化設計、層次化設計、約束管理以及可重用 IP 核的設計。還將介紹一些更高級的 HDL 特性,如參數化設計、接口協議的建模等。 邏輯綜閤的深入探討: 重點關注邏輯綜閤中的關鍵優化技術,例如: 麵積優化 (Area Optimization): 如何通過邏輯冗餘消除、共享邏輯實現等技術減小電路麵積。 時序優化 (Timing Optimization): 如何通過流水綫 (Pipelining)、寄存器復製 (Register Duplication)、邏輯重構等技術滿足時序要求。 功耗優化 (Power Optimization): 介紹時鍾門控 (Clock Gating)、電壓與頻率調整 (DVFS) 等功耗管理技術。 綜閤約束的設定與管理: 詳細闡述如何設置時鍾約束、輸入輸齣延遲約束、False Path 和 Multicycle Path 約束等,以指導綜閤工具生成高質量的網錶。 物理設計中的挑戰與策略: 布局 (Placement): 討論不同的布局算法,如全局布局和詳細布局,以及如何處理單元放置的密度、連綫長度等問題。 時鍾樹綜閤 (Clock Tree Synthesis - CTS): 介紹如何設計低偏斜 (Skew) 和低偏差 (Jitter) 的時鍾網絡,保證時序的穩定性。 布綫 (Routing): 探討全局布綫和詳細布綫的流程,以及如何解決擁塞、信號完整性問題。 信號完整性 (Signal Integrity - SI): 詳細講解串擾 (Crosstalk)、反射 (Reflection) 等信號完整性問題,並介紹相應的解決方法,如布綫規則、綫寬/間距優化等。 功耗分析與優化: 介紹靜態功耗和動態功耗的計算方法,以及在物理設計階段的功耗優化技術,如門控技術、低功耗單元的選用等。 低功耗設計技術 (Low-Power Design Techniques): 專門闢章節深入探討各種低功耗設計方法,包括: 動態功耗管理: 動態電壓和頻率調整 (DVFS),門控技術 (Clock Gating, Power Gating)。 靜態功耗管理: 亞閾值擺動 (Subthreshold Leakage) 的控製,多閾值電壓 (Multi-VT) 技術。 低功耗模式: 睡眠模式 (Sleep Mode),待機模式 (Standby Mode) 的實現。 可測試性設計 (Design for Testability - DFT): 測試的必要性與挑戰: 解釋為何芯片需要測試,以及測試過程中遇到的睏難。 掃描鏈 (Scan Chain) 技術: 詳細介紹如何將時序電路轉換為可測試的組閤邏輯,包括 ATPG (Automatic Test Pattern Generation) 的原理。 內建自測試 (Built-In Self-Test - BIST): 介紹 LFSR (Linear Feedback Shift Register) 等 BIST 技術,用於生成測試嚮量和對電路進行自測試。 邊界掃描 (Boundary Scan) 技術: 講解 IEEE 1149.1 標準,以及如何用於闆級測試和芯片互聯測試。 第三部分: 高級主題與前沿趨勢 芯片驗證的高級方法: 仿真加速: 介紹行為級仿真、RTL 仿真、門級仿真以及仿真加速技術,如 VCD/FSDB 追蹤。 形式驗證 (Formal Verification): 講解模型檢查 (Model Checking) 和定理證明 (Theorem Proving) 等形式驗證技術,用於數學上證明設計的正確性。 斷言 (Assertions) 的編寫與應用: 介紹 SVA (SystemVerilog Assertions) 等斷言語言,如何將其嵌入設計中以捕獲錯誤。 覆蓋率驅動驗證 (Coverage-Driven Verification): 強調如何通過代碼覆蓋率、功能覆蓋率等指標來度量驗證的充分性。 先進工藝節點下的設計挑戰: 隨著半導體工藝節點的不斷縮小(如 7nm, 5nm, 3nm),VLSI 設計麵臨著新的挑戰,本書也將討論: 短溝道效應 (Short-Channel Effects): 漏電流 (Leakage Current) 增加,亞閾值擺動 (Subthreshold Swing) 惡化。 布綫擁塞 (Routing Congestion) 的加劇: 更高的集成度導緻布綫資源緊張。 信號完整性問題 (Signal Integrity Issues): 串擾、電遷移 (Electromigration) 等問題更加突齣。 功耗密度 (Power Density) 的增加: 必須采用更精細的功耗管理策略。 3D IC (三維集成電路) 的概念與設計: 介紹如何通過堆疊多層芯片來提高性能和集成度。 IP 核與 SoC (System-on-Chip) 設計: IP 核的復用與集成: 講解如何選擇、評估和集成第三方 IP 核,以及如何設計可重用的 IP。 SoC 架構設計: 介紹片上總綫 (On-Chip Bus) 的選擇(如 AMBA AXI, AHB)、互聯架構、時鍾域和復位域的管理。 新興設計方法與自動化工具: 高層次綜閤 (High-Level Synthesis - HLS): 從 C/C++/SystemC 等高級語言自動生成 RTL 代碼,以加快設計迭代速度。 機器學習在 EDA (Electronic Design Automation) 中的應用: 探討機器學習如何用於優化布局布綫、功耗預測、錯誤檢測等方麵。 《現代VLSI設計》旨在培養讀者成為具備獨立思考和解決復雜工程問題的 VLSI 設計工程師。它不僅涵蓋瞭傳統的設計流程和技術,還著眼於未來的發展趨勢,為讀者提供瞭一條通往先進芯片設計領域的清晰路徑。本書適閤電子工程、計算機工程及相關專業的學生,以及希望深化 VLSI 設計理解的從業人員。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

評分☆☆☆☆☆

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用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常老派,帶著一種老派工程師特有的、對細節的偏執和對精確性的不妥協。它不像某些現代教材那樣追求花哨的動畫或過於簡化的模型,而是老老實實地把每一個晶體管層麵的物理效應和宏觀係統設計之間的聯係,用最紮實的方式呈現齣來。我特彆欣賞它在功耗管理這部分的處理,作者沒有簡單地羅列低功耗設計(LPD)的技術名詞,而是深入探討瞭動態功耗和靜態功耗的物理根源,以及不同場景下(如時鍾門控、電源門控、閾值電壓選擇)的精確量化分析方法。這種深度使得讀者在麵對實際項目時,能夠基於第一性原理做齣最優化決策,而不是盲目套用所謂的“最佳實踐”。此外,書中對設計流程中各個階段的接口描述,特彆是從前端RTL到後端物理實現之間的映射和約束傳遞,處理得極其細緻,這在很多其他教材中往往被一筆帶過。如果你追求的是那種能讓你在技術會議上自信地為自己的設計選擇背書的深度知識,這本書絕對是你的不二之選。

评分☆☆☆☆☆

當我開始閱讀這本書時,我正在處理一個涉及到高頻設計的項目,對信號完整性(SI)的擔憂很大。這本書雖然不完全是一本SI手冊,但它對互聯綫延遲、電容和電感效應的建模分析,提供瞭堅實的理論基礎。作者采用瞭一種非常注重物理實在的論述方式,即便是抽象的邏輯門延時,也最終追溯到瞭其背後的電荷存儲和電荷傳輸過程。這對於需要理解為什麼某些優化技巧在特定工藝下會失效的資深工程師尤其寶貴。我發現書中的一些關於時鍾樹綜閤(CTS)的章節,其對時鍾偏移(Skew)和抖動(Jitter)的深入分析,遠超齣瞭我預期的深度,它詳細闡述瞭如何通過精細的緩衝器放置和延遲補償來控製這些關鍵參數。這本書的價值在於它不會輕易給齣簡單的“答案”,而是提供瞭一套解決問題的“工具箱”,並教會你如何辨彆何時該使用哪一把工具。讀完後,我感覺自己對“設計裕量”的理解提升到瞭一個全新的高度,不再是模糊的經驗判斷,而是基於量化分析的精確裁剪。

评分☆☆☆☆☆

坦率地說,這本書的閱讀體驗稱不上輕鬆愉悅,它更像是一本需要你全神貫注、甚至需要反復研讀的參考手冊。對於那些期望快速瞭解“是什麼”的讀者來說,這本書可能會顯得過於冗長和深入。然而,正是這份“冗長”,成就瞭它的價值。我尤其贊賞作者在介紹版圖設計規則(DRC)和設計依賴性檢查(LVS)時所展現的嚴謹性。在如今快節奏的流片周期中,一個微小的版圖錯誤可能導緻數百萬美元的損失,這本書通過詳盡的案例和清晰的規範引用,成功地將這種“預防勝於治療”的理念灌輸給瞭讀者。我發現自己閱讀完相關章節後,在進行設計收斂性檢查時,思路變得更加開闊,能夠預見到布局階段可能引入的時序違例,並提前在RTL層麵進行修正。這是一種從“實現功能”到“實現可製造性”的思維躍遷。它要求讀者投入大量的時間和精力,但收獲的是對整個半導體製造流程的敬畏之心和紮實的工程素養,這是任何速成指南都無法比擬的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排有一種古典的邏輯美感,它似乎是按照一個芯片從零開始誕生的時間綫來組織的。從最初的係統級功能定義到最終的GDSII輸齣,每一步驟都被賦予瞭同等的重視程度。有一點讓我印象深刻的是,它在處理驗證和仿真方法學時,並沒有停留在簡單的功能驗證層麵,而是擴展到瞭寄生參數提取、串擾分析以及良率預測等更貼近真實流片環節的內容。這使得本書的受眾群體可以橫跨多個設計部門。無論你是硬件描述語言的編寫者,還是專注於物理實現的版圖工程師,都能從中找到與自己工作緊密相關的、經過時間檢驗的最佳實踐。我個人認為,這本書最強大的地方在於它建立瞭一種貫穿始終的“設計收斂性”意識。它不是孤立地講解某個工具或某個流程,而是將所有元素整閤在一個統一的質量控製體係之下。對於希望提升整個團隊設計規範化水平的團隊領導者來說,這本書簡直就是一本行動指南。

评分☆☆☆☆☆

這本書絕對是數字集成電路設計領域的裏程碑式著作,它以一種近乎教科書般嚴謹的結構,將復雜的VLSI設計流程剖析得淋灕盡緻。初次翻閱時,我感覺自己像是在攀登一座知識的高峰,從最基礎的半導體物理概念齣發,逐步深入到邏輯綜閤、布局布綫乃至最終的版圖驗證。作者對於CMOS器件特性的深入洞察,尤其是在處理亞微米甚至納米級彆工藝節點時的挑戰與權衡,描述得非常到位。它沒有停留在高屋建瓴的理論層麵,而是紮根於實際工程問題的解決之道,比如時序約束的建立、功耗優化的具體技巧,以及如何利用EDA工具鏈實現設計目標的達成。對於任何希望從理論走嚮實踐的IC工程師而言,這本書提供的不僅僅是知識,更是一套係統的設計思維框架。它教會你如何像一個真正的芯片架構師那樣思考,預見到設計流程中可能齣現的瓶頸,並提前部署解決方案。書中大量的圖示和清晰的數學推導,極大地降低瞭理解復雜概念的門檻,使得即便是初學者也能循序漸進地掌握這門硬核技術。讀完後,我對整個現代芯片設計生態鏈的運作方式有瞭非常清晰和全麵的認識,這是一次非常充實的學習體驗。

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