Electronic Design Automation for Integrated Circuits Handbook - 2 Volume Set pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Luciano Lavagno

出品人:

页数:1152

译者:

出版时间:2006-4-13

价格:USD 210.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849330964

丛书系列:

图书标签:

• EECS
• 1
• EDA
• 集成电路
• 电子设计自动化
• VLSI
• 数字电路
• 模拟电路
• 设计方法学
• CAD
• 半导体
• 工艺

微电子学与系统设计：现代集成电路实现的前沿探索 一部聚焦于驱动现代计算核心、超越传统EDA范畴的深度技术参考 本手册汇集了电子系统设计领域多位顶尖专家的智慧与最新研究成果，旨在为资深工程师、研究人员以及高阶学生提供一套全面、深入且具有前瞻性的技术指南。本书并非简单地罗列工具使用手册或基础概念的重复，而是将焦点置于微电子系统架构、先进工艺节点的物理挑战、新型计算范式以及设计可靠性等关键前沿领域。全书结构严谨，内容涵盖从基础理论的深入挖掘到尖端应用的实际部署，为读者构建起一个横跨半导体物理、电路理论、系统架构与制造工艺的知识图谱。 第一卷：深亚微米物理极限与新型器件范式 探索摩尔定律的边界与超越硅基的未来 第一卷深入剖析了在当前及未来制程节点（如7nm、5nm乃至更小）下面临的根本性物理挑战及其应对策略。重点关注内容包括： 一、 先进晶体管结构与工艺变异性分析 本部分详细介绍了FinFET、Gate-All-Around (GAA) 晶体管的精密物理模型与电学特性。我们将探讨沟道长度调制效应、短沟道效应的量化分析，以及在极小尺寸下量子效应（如载流子限制和隧穿电流）对器件性能的影响。 工艺敏感性与寄生效应建模： 针对杂质扩散、薄膜厚度不均匀性、金属栅介质漏电流等制造缺陷如何精确地转化为电路性能参数（如阈值电压 $V_{th}$ 波动、亚阈值摆幅 $SS$ 恶化）进行深入的数学建模与仿真验证。 新型沟道材料： 比较了硅基 CMOS 之外，如 III-V 族半导体、二维材料（如 MoS2、石墨烯）在高速、低功耗应用中的潜力，以及将它们集成到现有 CMOS 工艺流程中的挑战。 二、 功耗管理与热点效应的物理级应对 随着集成度指数级增长，热耗散已成为限制系统性能和可靠性的主要瓶颈。本卷提供了从物理层控制功耗的创新方法： 动态电压与频率调节 (DVFS) 的高级算法： 探讨基于预测模型的实时功耗控制，超越传统的线性反馈机制，引入非凸优化方法来平衡性能与能耗。 热感知设计 (Thermal-Aware Design)： 分析热点形成机理，研究多孔硅、封装材料选择对热阻的影响，并介绍在布局布线阶段即时集成热建模与热应力分析的技术。 亚阈值功耗优化： 深度剖析欠压操作下的电路鲁棒性，包括如何设计具有更高亚阈值击穿抑制能力的电路拓扑。 三、 信号完整性与互连线寄生参数的精确表征 在极高频率下，传统的集总参数模型失效。本部分专注于分布式系统级互连网络的建模： 电磁场效应的考虑： 详细介绍传输线理论在片上网络 (NoC) 中的应用，包括时域反射、串扰（Crosstalk）的精确电磁仿真方法，以及铜/金属互连的集肤效应和趋肤深度对电阻抗的影响。 新型互连技术： 评估 3D 互连技术（如 TSV，Through-Silicon Vias）带来的热、电、机械应力耦合问题，以及对信号延迟和串扰的独特影响。 --- 第二卷：系统级验证、可靠性与异构集成架构 从比特流到系统鲁棒性：面向未来计算平台的综合方法论 第二卷将视角从单个器件提升至整个系统级别，关注如何设计出既能满足严苛性能指标，又能保证长期可靠性和安全性的复杂集成电路。 四、 验证的范式转变：形式化方法与模糊测试 面对数十亿晶体管的设计规模，传统的随机测试和功能验证已不足以保证正确性。本部分强调数学严谨性在验证中的作用： 形式化验证技术： 深入探讨模型检验（Model Checking）和定理证明（Theorem Proving）在确保控制逻辑、协议一致性方面的应用，特别是对于处理器流水线和内存一致性协议的证明。 覆盖率驱动的场景生成： 介绍如何构建基于设计规范的约束随机激励（Constrained Random Verification），以及利用模糊测试（Fuzz Testing）主动暴露设计中的边界条件错误。 混合信号与射频 (RF) 验证： 讨论如何将连续时间系统（模拟部分）与离散时间系统（数字部分）集成验证的挑战，包括相位噪声和抖动的系统级影响分析。 五、 容错计算与设计可靠性保证 现代系统对“永远在线”（Always-On）的要求极高，错误率的增加使得内建容错机制成为必需： 瞬态错误（Soft Errors）缓解： 分析高能粒子（如宇宙射线）导致的软错误机理，介绍基于冗余技术（如 TMR, Triple Modular Redundancy）和错误检测码（EDC）的优化部署策略，并权衡其面积与延迟开销。 寿命预测与老化效应： 重点研究影响集成电路长期可靠性的两大主要因素——偏置诱导降解 (BTI) 和电迁移 (EM)。提供基于应力-寿命模型（如 Eyring 模型）的电路设计规范，确保芯片在预定寿命周期内工作参数的稳定。 安全关键型设计 (Safety-Critical Design)： 讨论针对功能安全标准（如 ISO 26262）的硬件安全机制，包括锁步执行单元 (Lockstep) 和异常检测硬件。 六、 异构集成与新兴计算架构的接口设计 摩尔定律的放缓正推动行业向系统集成（More-than-Moore）发展，本部分聚焦于如何高效地连接不同功能的芯片： 先进封装技术（Advanced Packaging）： 全面分析 2.5D（如硅中介层 Interposer）和 3D 堆叠技术对系统级延迟、带宽和功耗的影响。讨论 Chiplet 架构的设计挑战与接口协议（如 UCIe, AIB）。 专用加速器接口： 探讨通用 CPU 与特定功能加速器（如 AI/ML 推理引擎、加密单元）之间的数据传输瓶颈和同步机制，重点介绍高带宽低延迟的片间/片上总线架构设计。 内存技术融合： 分析新型内存技术（如 MRAM, ReRAM, 3D XPoint）的集成，及其对存储层次结构和数据放置策略的深刻影响。 --- 本书价值定位： 本手册的深度和广度旨在超越基础教材，为致力于推动半导体技术前沿的专业人士提供一个高密度、高引用价值的参考源。它要求读者已具备扎实的数字/模拟电路基础，并渴望在系统级集成、物理极限探索以及确保系统鲁棒性方面取得突破。本书的贡献在于系统地连接了物理层面的微观机制与系统层面的宏观设计决策，是理解下一代高性能、高可靠性电子系统设计的关键桥梁。

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老实说，当我拆开包裹，看到这两本书的实体时，我立刻感到了一种庄严感——这重量和厚度，简直可以用来压平任何不服帖的电路图纸。我购买这本书的初衷，是希望能在现有工作流程中引入更先进的功耗优化技术。然而，阅读过程更像是一场艰苦的学术马拉松。书中对静态时序分析（STA）和动态功耗建模的论述，远超出了我预期的广度和深度。例如，在关于时序签核（Sign-off）的章节中，它不仅覆盖了传统的建立时间和保持时间分析，还引入了基于机器学习的预测模型来处理工艺角变化带来的不确定性，这部分内容更新颖、更贴合当前芯片制造的前沿挑战。但阅读门槛极高，对于习惯了高层次抽象的IC设计工程师来说，需要不断地查阅旁注和参考的经典论文。我发现，很多章节的论述需要结合高等数学和离散优化理论才能完全消化，很多公式的推导过程都省略了中间步骤，这显然是面向博士生或资深研发团队的。它更像是一份需要反复研读、圈点批注的参考资料，而不是一本可以轻松放在床头阅读的消遣读物。它的价值在于提供了一个完整的、自洽的理论框架，让你能够站在巨人的肩膀上去审视和挑战当前的EDA范式。

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如果用一个词来形容这套书给我的感觉，那便是“全面而严谨的理论构建”。我不是科班出身的EDA专家，背景更偏向于嵌入式系统应用层，但为了理解我们使用的硬件平台为何如此耗能，我决定啃一下这些基础知识。结果发现，这本书的覆盖面简直令人难以置信，它横跨了从前端的逻辑综合、形式验证，到后端的物理实现、信号完整性分析的每一个关键环节。最让我印象深刻的是它对“形式验证”（Formal Verification）部分的阐述。它深入讲解了SMT求解器的工作原理以及如何构建有效的时序逻辑公式（Temporal Logic Formulas）来证明设计正确性，这比我过去接触的任何工具教程都要深入得多。然而，这种深度也带来了显著的阅读障碍。很多章节对于非专业人士来说，晦涩难懂，充满了只有在专业教科书中才会出现的术语和假设。我感觉自己像是在阅读一本跨越了计算机科学、电子工程和应用数学的混合教材。对于那些希望快速掌握某个特定技能的人来说，这本书的结构可能显得过于庞大和分散，但对于构建一个完整、无漏洞的EDA知识体系来说，它确实是目前市场上最顶级的选择之一。

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对于我们这种规模不小的设计团队来说，引入新的设计方法论往往伴随着巨大的迁移成本。我们一直在寻找一套能够系统性指导我们从RTL级综合到最终版图签名的“黄金标准”文档。这套书，尤其是第二卷，在后仿真和物理实现方面的论述，无疑提供了极高的参考价值。书中详细阐述了在极小尺寸工艺节点下，寄生参数提取（Parasitic Extraction）的挑战，以及如何利用图论和稀疏矩阵算法来加速这一耗时过程。我特别欣赏它对“设计收敛性”（Design Convergence）的讨论，这几乎是所有大规模芯片项目中最令人头疼的问题之一。作者并没有给出简单的解决方案，而是系统地分析了导致收敛失败的各种因素，从网表完整性检查到 DRC/LVS 规则集的冲突分析，形成了一个非常细致的诊断清单。虽然书中没有提供任何主流商业EDA工具的具体菜单路径，但它为你提供了诊断工具结果错误的“底层逻辑”——一旦你理解了这些逻辑，任何工具的输出错误都能迎刃而解。总而言之，这是一份面向“解决问题”而非“执行流程”的深度资料库。

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这本厚重的两卷本著作，与其说是“手册”或者“指南”，不如说是一部深入到集成电路设计核心的百科全书，特别是对于那些将时间和精力投入到电子设计自动化（EDA）领域的资深工程师和研究人员而言，它简直就是一本“圣经”。我花了数周时间才大致浏览完第一卷的绪论部分，光是其中对底层算法复杂度的讨论，就足以让人领略到此书的学术深度。它并没有停留在工具的使用层面，而是扎根于其背后的数学模型和物理限制。举个例子，在布局布线（Place and Route）章节的开篇，作者没有直接展示如何运行某个软件的GUI，而是详尽地剖析了不同布线算法（如A*、Dijkstra的变体）在处理大规模网络时的时空复杂度权衡，并结合了最新的并行计算技术进行了理论推导。这对于需要开发定制化EDA流程，或者试图优化现有工具性能的专业人士来说，是无价的理论基石。如果你期望的是一本快速上手的操作指南，让你在半小时内完成一个简单的ASIC设计流程，那么这本书可能会让你感到沮丧，因为它要求读者具备扎实的计算机科学背景和半导体物理知识。但正是这种对基础原理的执着挖掘，确保了书中的知识体系在面对未来十年甚至更长时间的技术迭代时，仍能保持其核心价值和指导意义。它不是教你如何“使用”EDA工具，而是教你如何“理解”EDA工具的本质。

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这本书的出版时间虽然不算最新，但其核心内容展现出一种跨越代际的洞察力，尤其是在处理VLSI设计中的基本权衡问题上。我关注的重点在于低功耗设计，书中关于时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）的章节，并未停留在简单地介绍“如何插入这些结构”，而是详尽分析了它们引入的额外时序违规风险和测试覆盖率下降的问题。作者用严谨的案例展示了，一个看似优化的功耗结构，在实际流片后可能会导致严重的可靠性问题。这种强调“设计成本”而非仅仅“设计收益”的视角，在许多浮躁的技术文档中是极其罕见的。它迫使读者在应用任何优化技术时，都必须进行全面的、多维度的影响评估。这种批判性的思维训练，才是这本书真正的价值所在。它不仅仅是一本技术参考，更像是一套资深专家的经验沉淀，让你避免重蹈前人覆辙。虽然篇幅巨大，查找特定信息需要耐心，但一旦找到，其中蕴含的教诲绝对值得你投入的时间和精力。

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