Low Power Design Methodologies pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Rabaey, Jan M.; Rabaey; Rabaey, Jan M.

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:1995-10-31

价格:USD 194.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792396307

丛书系列:

图书标签:

Low_power
低功耗设计
VLSI
集成电路
数字电路
节能技术
芯片设计
电子工程
嵌入式系统
功耗优化
设计方法学

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具体描述

Low Power Design Methodologies presents the first in-depth coverage of all the layers of the design hierarchy, ranging from the technology, circuit, logic and architectural levels, up to the system layer. The book gives insight into the mechanisms of power dissipation in digital circuits and presents state of the art approaches to power reduction. Finally, it introduces a global view of low power design methodologies and how these are being captured in the latest design automation environments. The individual chapters are written by the leading researchers in the area, drawn from both industry and academia. Extensive references are included at the end of each chapter. Audience: A broad introduction for anyone interested in low power design. Can also be used as a text book for an advanced graduate class. A starting point for any aspiring researcher.

电子系统设计前沿：《面向高能效计算的系统级电源管理策略》本书导言：在当前信息技术飞速发展的浪潮中，高性能计算的需求日益增长，但随之而来的功耗挑战已成为制约系统进步的关键瓶颈。无论是移动设备、物联网（IoT）终端，还是数据中心服务器，如何以更少的能量实现更强的处理能力，是摆在工程师和架构师面前的共同难题。本书《面向高能效计算的系统级电源管理策略》旨在深入剖析当代电子系统在追求性能与能效平衡时所面临的复杂挑战，并系统性地介绍和梳理当前主流的、行之有效的系统级电源管理方法学和具体技术实现。本书的视角超越了单一器件或电路层面的低功耗设计，而是将目光聚焦于整个电子系统的能效优化——从应用软件层、操作系统调度，到硬件架构设计、电源转换效率，直至最终的芯片级功耗控制。我们力求提供一套完整的、可操作的框架，指导读者如何从系统整体的角度出发，进行有针对性的能效改进。第一部分：能效挑战的系统性剖析与度量本部分将奠定理解系统级电源管理的基础。我们首先界定“高能效计算”的内涵，并探讨功耗在现代电子系统生命周期中扮演的关键角色，特别是其对散热、成本、续航时间（对于移动设备）和碳足迹的影响。第一章：现代电子系统功耗的频谱分析我们将对当前主流计算平台（如移动SoC、边缘AI加速器、高性能CPU/GPU集群）的典型功耗模型进行详细剖析。分析内容包括：动态功耗（开关活动、数据移动）与静态功耗（漏电、保持状态）的相对贡献演变趋势。重点讨论了工艺节点的缩小、异构计算的普及如何重塑了功耗特征。此外，我们将引入“能效指标”的系统性定义，如每瓦特吞吐量（Performance per Watt, PpW）和单位能量完成任务量（Work per Joule），并探讨在不同应用场景下，这些指标的侧重点差异。第二章：系统级能耗建模与仿真基础有效的电源管理依赖于精确的功耗预测和建模。本章将介绍从晶体管级到系统级的多尺度功耗建模技术。内容涵盖：指令级功耗模型（ILP）、微架构级功耗估算，以及如何利用系统级仿真平台（如gem5、McPAT或定制的能量模型）来评估不同工作负载下的能耗表现。强调系统级仿真在早期架构设计阶段指导功耗优化决策的重要性，并讨论了模型校准与实际硬件功耗测量的差距分析方法。第二部分：架构与操作系统层面的能效策略本部分聚焦于系统架构设计和软件层面对能耗的宏观控制，这些策略往往能带来最显著的系统级能效提升。第三章：异构计算与任务调度优化现代处理器架构越来越倾向于集成不同类型的计算单元（如CPU核心、GPU、NPU、DSP）。本章深入探讨了如何基于任务特性（并行度、数据依赖性、实时性要求）将工作负载智能地分配到最“能效比”最高的硬件单元上。内容包括：基于工作负载特征的异构调度算法、任务迁移的开销分析，以及操作系统内核如何实现对异构资源的有效能效感知调度。第四章：动态电压与频率调节（DVFS）的系统级实现 DVFS是系统级功耗管理的核心手段之一。本章超越了单一核心的DVFS实现，重点讨论了多核/多集群系统中的全局频率同步与电压域划分策略。详细分析了基于性能预测和功耗预算的预测性DVFS（Predictive DVFS）与反馈式DVFS的结合应用。讨论了电压/频率边界的软件控制粒度、响应时间对闭环控制稳定性的影响，以及如何协调不同电压域之间的电源完整性问题。第五章：系统级时钟门控与电源门控策略时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）是降低闲置功耗的关键技术。本章探讨了如何设计有效的系统级时钟树，以实现细粒度的时钟门控，并分析了上下文保存/恢复的开销。重点在于电源门控技术的系统集成，包括如何选择合适的关断单元（Power Switches）、设计唤醒逻辑，以及处理“冷启动”的延迟和功耗峰值问题，尤其是在边缘和嵌入式系统中对快速唤醒的需求。第三部分：内存子系统与数据移动的能效优化数据移动和存储访问往往是系统总功耗的隐藏“黑洞”。本部分将重点解决内存子系统带来的能效瓶颈。第六章：内存层次结构与能效感知的数据布局内存访问是能耗密集型操作。本章分析了DRAM、SRAM（Cache）以及新兴非易失性存储器（NVM）的功耗特性差异。讨论了如何通过优化数据在内存层次结构中的布局（例如，缓存感知的数据结构、内存分层放置）来最大化缓存命中率，从而减少昂贵的DRAM访问。此外，探讨了近存计算（Near-Data Processing, NDP）作为一种减少数据搬运的激进策略，及其在系统架构中的定位。第七章：片上网络（NoC）与数据传输的能效控制在多核SoC中，片上网络（Network-on-Chip, NoC）承载了大量的片上通信。本章将分析NoC路由算法、流量控制机制和虚拟通道分配如何影响通信能耗。探讨了基于功耗敏感的路由策略，如“最短能量路径”选择，以及如何动态调整NoC的工作频率和电压以匹配当前的数据流需求。第四部分：新兴技术与未来展望本部分展望了推动未来系统能效提升的前沿技术方向。第八章：电源管理集成电路（PMIC）与系统电源转换效率尽管本书侧重系统级软件和架构，但电源转换效率是基础。本章简要回顾了高效的DC-DC转换器（如Buck/Boost）的最新进展。重点在于探讨多路输出、快速瞬态响应的PMIC如何配合系统级的DVFS/PVFS（Power Gating Voltage Scaling）策略，实现系统级别的精确电源供给。讨论了先进的集成技术（如GaN和SiC在更高开关频率下的应用潜力）。第九章：面向可持续计算的能效设计哲学最后，本章将探讨将能效设计提升到哲学和设计方法论的层面。讨论了如何将生命周期评估（LCA）的概念融入早期设计决策。展望了超越冯·诺依曼架构的潜在能效突破口，如类脑计算（Neuromorphic Computing）和全光互连技术，以及这些技术对未来系统级电源管理提出的全新要求。本书受众：本书面向对电子系统设计、微处理器架构、嵌入式系统开发、高性能计算（HPC）以及系统级功耗优化感兴趣的研究人员、硬件架构师、软件工程师以及高级电子工程专业的学生。它要求读者具备一定的数字电路、计算机体系结构和操作系统基础知识。通过阅读本书，读者将能够掌握一套全面的、可落地的系统级电源管理工具箱和思维模式。