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出版者:五南

作者:田澤

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005年01月01日

价格:NT$ 850

装帧:

isbn号码:9789571137162

丛书系列:

图书标签:

• ARM
• SOC
• 嵌入式系统
• 处理器架构
• 硬件设计
• 计算机体系结构
• 系统设计
• ARM架构
• 微处理器
• 嵌入式开发

深入浅出：现代芯片设计与系统实现 图书名称： 《现代芯片设计与系统实现》 图书简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的现代集成电路（IC）设计与系统级实现视角。随着半导体技术的飞速发展，芯片的复杂性与集成度日益攀升，对设计人员和系统工程师提出了更高的要求。本书正是在这样的背景下应运而生，它不仅涵盖了从底层物理实现到顶层系统架构的完整流程，更注重将理论知识与实际工程应用紧密结合。 第一部分：半导体工艺与器件基础 本书的开篇聚焦于现代半导体工艺的基础知识。我们将详细探讨CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的演进历程，从早期的微米级工艺到当前尖端的纳米级别制造工艺，如FinFET（鳍式场效应晶体管）结构。理解器件的工作原理是进行高效设计的基石。本部分将深入剖析MOS管的I-V特性、亚阈值导通、短沟道效应等关键物理现象，并介绍先进封装技术（如2.5D/3D集成）对系统性能的影响。此外，我们还将讨论版图设计规则（DRC）、互连线延迟模型（如Elmore延迟模型），以及如何通过器件优化来提升能效比。 第二部分：数字电路设计与逻辑综合 在理解了底层物理特性后，本书将转向数字电路的设计层面。我们将系统地介绍组合逻辑和时序逻辑电路的设计范例，包括锁存器（Latch）、触发器（Flip-Flop）的设计与优化。重点章节会放在同步时序系统的设计方法论上，详细阐述时钟域的概念、时钟树综合（CTS）的挑战与解决方案，以及如何进行静态时序分析（STA）来验证设计的时序裕度。 本书将耗费大量篇幅讲解逻辑综合流程。从RTL（寄存器传输级）代码的编写规范（如Verilog/VHDL）到使用EDA工具进行门级网表生成，每一个步骤都配有详实的案例。读者将学习如何利用设计约束（SDC）来指导综合工具，实现面积、功耗和性能的最佳折衷。特别地，我们会探讨时序收敛的常见瓶颈及其调试策略。 第三部分：低功耗设计与电源完整性 在移动计算和物联网（IoT）设备主导的今天，低功耗设计已成为IC设计的核心议题。本书系统梳理了从系统级、算法级到电路级的多种低功耗技术。在电路层，我们将深入探讨电源门控（Power Gating）、时钟门控（Clock Gating）的应用，以及多电压域（Multi-Voltage Domain）的设计与隔离技术。 对于功耗的另一个重要维度——动态功耗和静态功耗，本书提供了精确的建模与分析方法。在系统级，我们讨论了动态电压与频率调整（DVFS）策略，以适应不断变化的负载需求。同时，电源完整性（PI）也是不可或缺的一环，我们将分析IR Drop（电压降）、电迁移（Electromigration）的危害，并介绍去耦电容的合理布局与选型。 第四部分：模拟与混合信号电路基础 现代SoC（系统级芯片）往往需要处理真实世界的模拟信号，因此，混合信号电路设计至关重要。本部分涵盖了基础模拟电路模块，如运算放大器（Op-Amp）、比较器和锁相环（PLL）。我们将详细分析反馈拓扑结构、增益带宽积（GBW）的计算，以及噪声在模拟电路中的影响。 在模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）部分，本书重点阐述了不同架构（如SAR、Sigma-Delta）的优缺点，以及如何衡量和优化其关键指标，如信噪比（SNR）、有效位数（ENOB）。读者还将学习如何处理跨越模拟域和数字域的衬底噪声耦合问题。 第五部分：系统级架构与验证方法学 在芯片设计进入SoC阶段后，系统架构的选择决定了最终产品的竞争力。本书探讨了主流的片上互连架构，如总线结构（AMBA AXI/AHB）和网络级芯片（NoC）的设计理念。我们将分析缓存一致性协议对多核系统性能的影响。 设计验证是现代IC流程中耗时最长的环节。本书提供了一个坚实的验证方法学框架。内容包括：功能验证中的测试平台构建（使用UVM/SystemVerilog）、覆盖率驱动的验证策略，以及形式验证（Formal Verification）在确保设计正确性方面的应用。我们还会简要介绍硬件加速器的软硬件协同设计流程。 第六部分：新兴技术与未来趋势 最后，本书展望了半导体行业的未来方向。我们将探讨RISC-V架构的崛起及其对定制化处理器设计的影响。此外，对于先进封装技术（如Chiplet、异构集成）如何打破摩尔定律限制、构建更大规模系统的思路也将进行深入讨论。本书致力于培养读者从底层器件到系统架构的全局视野，使其能够驾驭下一代复杂芯片的设计挑战。 通过对以上六个维度的系统性介绍，本书不仅是工程实践的指南手册，更是理解现代高性能、低功耗系统芯片设计哲学的必备参考书。

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这本书的作者显然对某一特定领域的理解很深，但这种“深”似乎没有转化为清晰、可传授的知识结构。我发现阅读过程中，专业术语的引入和解释常常显得突兀且缺乏上下文的铺垫。比如，一个关键的内存一致性模型概念，在没有充分解释其在多核系统中产生的必要性之前，就直接抛出了复杂的硬件实现细节，这让初次接触这块的读者（比如我，主要背景是软件驱动开发）完全找不到落脚点。整本书的叙事逻辑就像是直接从作者的草稿箱里拖拽出来的，段落之间存在着明显的跳跃感和不连贯性。有时，一个重要的概念会被在两个完全不相关的章节中反复提及，但每次的解释深度都不一致，让人无从判断哪个才是“标准定义”。更令人困惑的是，书中引用了大量的缩写和内部代号，很多时候，这些缩写在第一次出现时并没有给出完整的名称解释，或者解释得不够醒目，导致我频繁地在书页间来回翻找，极大地打断了我的心流。这使得学习过程变得异常破碎和低效，需要读者具备极强的自律性去梳理作者未完成的思维链条，这对于一本严肃的技术参考书来说，是不可原谅的疏忽。

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我带着极大的期望翻开这本书，希望能找到一些关于现代SoC设计中那些前沿、细致入微的底层逻辑，然而，读完之后，只剩下一种被“温吞水”浸泡过的感觉。它给出的信息是如此的保守和概括，仿佛是从十年前的教科书里小心翼翼地摘录出来的片段，缺乏深入的剖析和实践层面的洞察。比如，在谈到功耗优化和动态电压频率调整（DVFS）的部分，它仅仅停留在理论模型的介绍，对于当下主流工艺节点下，实际IP核是如何协同工作、如何应对复杂的时序约束，几乎没有涉及。再比如，关于片上互连网络（NoC）的章节，只是泛泛而谈了几种拓扑结构，对于实际路由算法的选择依据、拥塞管理机制的最新进展，更是只字未提。这让我感觉这本书更像是一个“SoC术语的快速导览”，而非一本能指导工程师进行实际架构设计的工具书。对于有一定基础的读者而言，这本书提供的增量价值微乎其微，读起来就像是在看一份过时的产品说明书，虽然每个词汇都认识，但就是感觉不到核心技术的脉搏。我期待的是能看到具体的寄存器配置示例、调试技巧分享，或是某个特定瓶颈问题的解决思路，而不是这种停留在高中物理层面的描述。我实在无法推荐它给那些真正想深入理解现代高性能异构计算平台构建细节的同仁们。

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这本书的排版简直是一场灾难，我真的怀疑编辑是不是对读者怀有恶意。首先，字体选择就让人头疼，那种细小的、毫无个性的宋体，在阅读过程中就像是在用显微镜找茬，眼睛花了不说，思路也跟着飘走了。更别提那页边距了，窄得可怜，感觉内容是被人硬生生地挤压进去的，拿到手上根本没法舒服地翻阅，生怕一不小心就把书脊弄坏了。每当我想标记一处重点或者做个批注，简直是无处下爪。而且，书中那些图表，天呐，简直是黑白复印机的受害者。线条模糊不清，标注更是小得像蚊子腿，很多关键的结构关系，硬是让我看了半天也没能理清头绪，这对于一本技术类的书籍来说，无疑是致命伤。作者在内容组织上似乎也欠缺一番考量，章节之间的过渡生硬得像在跳跃式阅读，前后的逻辑关联常常需要我自己去脑补，这大大增加了理解的难度。总的来说，阅读体验极差，与其说是学习资料，不如说是对视力和耐心的双重考验。我花了大力气才啃下几章，但效果非常不理想，很多时候我感觉我是在对抗这本书的物理存在，而不是在吸收知识。如果作者和出版方能重视一下阅读体验的优化，这本书的价值或许能得到更好的体现，但就目前这个样子，我只能说，心有余悸。

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阅读完这本书后，我最大的感受是“理论的重量”与“实践的轻薄”之间的巨大鸿沟。作者似乎更热衷于在抽象的数学模型和理想化的系统假设中构建自己的理论大厦，而不是将目光投向实际芯片制造和量产中会遇到的那些最棘手的“脏活累活”。书中关于时序收敛的讨论，充满了完美的时钟域划分和理想的信号完整性假设，但对于实际中如何处理时钟域交叉（CDC）带来的亚稳态问题，只是给出了一个非常简化的握手协议图示，没有深入到异步FIFO的设计细节、异步信号同步器的具体单元选择标准，以及如何利用形式验证工具来证明其正确性。同样，在讨论IP集成和总线仲裁时，模型干净得像是在真空环境下运行，完全没有考虑多源竞争、缓存一致性协议（如MESI的实际工作流）在压力测试下可能出现的死锁或饥饿问题。这样的描述，对于一个经验丰富的工程师来说，价值有限；而对于一个新手来说，它提供的只是一个过于美化的蓝图，一旦进入真实的项目，就会发现理论与现实之间存在着一道难以逾越的深渊。这本书更像是一篇学术论文的精装版，而不是一本能让你快速上手解决工程难题的实战指南。

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这本书的价值体系似乎建立在一个已经过时的设计范式之上，对于当前行业发展的主流趋势，反应迟钝得令人咂舌。如今的SoC设计，越来越强调软硬件协同验证的集成性、AI加速模块的定制化集成，以及对异构计算资源的统一调度。然而，这本书在这些方面的内容占比极少，几乎是在回避这些热点。例如，在谈到调试和仿真工具链时，它主要聚焦于传统的JTAG和边界扫描技术，对于基于高层次综合（HLS）的验证流程，或者使用SystemC/TLM进行架构探索的现代方法论，仅仅是一笔带过，缺乏实操性的案例指导。我原本希望了解如何在新一代的工艺节点上，利用现代EDA工具集成的优势来优化设计收敛速度，但这本书提供的解决方案似乎更适合五年前的开发环境。这就像是买了一本关于智能手机的书，结果里面详细描述了拨号上网的配置流程。它或许能作为历史资料供人研究早期设计思想，但若想将其作为当前项目开发的参考手册，无疑是缘木求鱼，会浪费大量时间去剔除那些已不再适用的陈旧信息。

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