VLSI Algorithms and Architectures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Makedon, Fillia; Mehlhorn, Kurt; Papatheodorou, T.

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:1986-7-17

价格:USD 79.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540167662

丛书系列:

图书标签:

• VLSI
• 集成电路设计
• 算法
• 计算机体系结构
• 数字电路
• 低功耗设计
• 并行计算
• EDA
• 芯片设计
• 高性能计算

好的，这是一份关于《VLSI Algorithms and Architectures》之外的、详细的图书简介。 --- 《数字集成电路设计与验证：从理论到实践》 导言：现代电子系统设计的基石 在当今信息技术飞速发展的时代，数字集成电路（Digital Integrated Circuits, IC）已成为支撑起从智能手机、高性能计算集群到物联网设备的基石。这本专著旨在深入探讨数字集成电路的设计、实现与验证的完整流程，为读者构建一个从晶体管级别到系统级应用的全面知识体系。本书的重点不在于特定的算法优化或架构设计，而是聚焦于数字电路实现过程中普遍遵循的设计哲学、关键技术挑战以及现代EDA工具链的应用。 第一部分：CMOS基础与器件物理 本部分着重回顾了支撑现代数字电路的核心技术——互补金属氧化物半导体（CMOS）技术。我们从MOSFET的基本工作原理出发，详细阐述了阈值电压、跨导、短沟道效应等关键参数如何影响电路性能。 晶体管模型与工艺影响： 深入分析了不同技术节点下（如FinFETs）的器件特性变化，以及这些变化对静态功耗、动态功耗和速度的影响。我们将探讨亚阈值泄漏电流的物理成因及其对低功耗设计带来的挑战。 标准单元库的构建： 阐述了如何基于给定的半导体工艺设计和提取一套可靠的标准逻辑单元库（Standard Cell Library）。这包括对基本逻辑门（NAND, NOR, Inverter）的时序特性、功耗特征的精确建模，以及对驱动能力（Driving Strength）的考量。 第二部分：逻辑设计与综合 现代数字IC设计流程高度依赖于行为级描述到门级网表的自动化转换，即逻辑综合。本部分系统地介绍了这一过程中的核心概念和技术。 硬件描述语言（HDL）的应用： 详细解析了VHDL和Verilog在描述组合逻辑和时序逻辑方面的最佳实践，强调了编码风格对后续综合和验证结果的决定性影响。特别关注如何编写可综合（Synthesizable）的代码。 逻辑综合引擎： 探讨了综合工具背后的优化算法，包括逻辑优化（如布尔代数简化、映射）、驱动能力分配和时序约束的解释。读者将理解“约束驱动的综合”是如何工作的，以及如何有效地设置和管理多周期路径、输入/输出延迟等时序要求。 时序分析基础： 详细讲解了建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、时钟偏移（Clock Skew）和时钟抖动（Clock Jitter）的定义与计算方法。我们将使用RC延迟模型来分析信号在互连线上的延迟，这是从逻辑综合到物理实现衔接的关键环节。 第三部分：时钟树综合（CTS）与布局规划 在将逻辑网表转化为物理版图的过程中，时钟网络的设计是决定整个芯片性能和稳定性的关键因素。 时钟树综合（CTS）的挑战： 深入分析了构建低偏斜、低抖动的时钟树所面临的工程难题。重点讨论了H-Tree、Balanced-Tree等不同时钟网络结构的设计原理，以及它们在不同工艺节点下的适用性。 布局规划（Floorplanning）： 介绍了芯片级的初步物理布局策略，包括I/O引脚的规划、电源/地网络（Power/Ground Grid）的设计、宏单元（Macro Cells）的放置，以及如何通过合理的规划来减少布线拥堵和噪声耦合。 电源完整性（Power Integrity）： 讨论了IR Drop（压降）分析的重要性，特别是静态IR Drop（SDrop）和动态IR Drop（DDrop）。我们将探究如何通过优化电源环网的宽度和连接密度来确保芯片在全速运行时各处的电压稳定。 第四部分：物理实现与签核 本部分涵盖了从布局到最终流片（Tape-out）准备的详细步骤，即后仿真和签核阶段。 详细布线（Detailed Routing）： 讲解了全局布线（Global Routing）与详细布线之间的关系，以及在多层金属层上实现设计规则（DRC）和LVS（Layout Versus Schematic）检查的方法。重点关注如何处理高密度区域的布线拥堵问题。 静态时序验证（STA）： 详述了STA工具如何利用提取的寄生参数（包括电阻和电容）对所有时序路径进行穷尽分析。我们将详细介绍如何解读STA报告，识别关键的违例路径，并采取诸如缓冲插入、缓冲器尺寸调整或逻辑重定时序等修复措施。 功耗分析与优化： 区分了静态功耗（泄漏）和动态功耗（开关）。内容包括基于事件的功耗模拟、电压-频率调节（DVFS）在系统级功耗管理中的作用，以及栅极电源开关（Power Gating）等超低功耗技术在实际应用中的部署考量。 第五部分：验证与可测试性 没有严格的验证，任何复杂的数字设计都无法可靠地投入使用。本部分聚焦于确保设计正确性的方法论。 形式验证（Formal Verification）： 介绍等价性检查（Equivalence Checking）在综合后和布局后验证中的核心地位，以及如何利用形式方法来证明特定电路属性的正确性，而非依赖于仿真向量的覆盖率。 DFT（Design for Testability）： 详细阐述了芯片可测试性设计标准，特别是扫描链（Scan Chains）的插入技术，用于高效地测试制造缺陷。同时，深入探讨了边界扫描（Boundary Scan）和内建自测试（BIST）在系统级调试中的应用。 结语：面向未来的设计挑战 本书最后展望了当前集成电路设计领域面临的前沿挑战，如异构系统集成、Chiplet技术对接口和功耗管理提出的新要求，以及如何在更小尺寸下应对量子效应和可靠性问题。 目标读者： 本书适合于电子工程、微电子学、计算机工程专业的高年级本科生、研究生，以及希望系统性掌握数字IC全流程设计技术的行业工程师。它侧重于“如何实现”一个可靠、高性能的数字电路，而非侧重于“如何设计一个新架构”。

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阅读完《VLSI Algorithms and Architectures》后，我感到自己对“集成电路设计”这个词的理解得到了极大的深化，不再局限于前端的RTL编码或者后端的设计规则检查。这本书的核心价值在于它成功地架设了一座桥梁，连接了纯粹的计算机科学理论与残酷的半导体物理限制。书中对异构计算平台上的数据传输效率和互连网络拓扑的讨论，尤其具有启发性。它用非常清晰的图示和对比数据，展示了如何通过优化片上网络（NoC）的路由策略来缓解“数据饥饿”问题。这种宏观的系统级视角，加上对微观电路特性的深刻理解，让这本书的阅读体验变得层次丰富。它不仅仅是一本技术参考书，更像是一部关于如何在摩尔定律的边界内，进行极致资源利用的哲学著作。对于任何一个志在设计未来高性能计算引擎的人来说，这本书的每一页都闪耀着真知灼见。

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说实话，这本书的厚度着实让我有点望而生畏，但一旦沉下心去啃，就会发现其内容的广度和深度都达到了一个令人惊叹的平衡点。它对传统EDA工具链的解读，远超出了我们通常在教科书上看到的那种走马观花式的介绍。作者似乎对整个设计流程了如指掌，从前端的逻辑综合到后端的布局布线，每一个环节的“痛点”和“巧妙的权衡”都被剖析得淋漓尽致。我特别对其中关于时序分析和静态时序验证（STA）的那几节印象深刻，它不是简单地罗列公式，而是结合了现代工艺的实际物理效应，比如串扰噪声和电迁移，来解释为什么某些看似合理的时序约束会导致实际芯片失效。这种由表及里，由现象到本质的探讨方式，极大地提升了读者对物理实现环节的敏感度。这本书更像是手把手教你如何在一个资源极其有限的物理世界里，把一个复杂的算法尽可能高效地“翻译”成一个可靠的电路，对于资深工程师来说，这本书是一面镜子，能照出你知识体系中的盲点。

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这本书的“架构”部分，特别是关于可重构计算和专用加速器设计的章节，简直是教科书级别的范本。我之前一直觉得在FPGA和ASIC的交叉领域，理论和实践之间存在着巨大的鸿沟，很多理论模型在实际的资源限制下根本无法落地。然而，这本书巧妙地构建了一个模型，它用非常严谨的数学框架来描述硬件的并行度，并引入了“资源粒度”和“数据流依赖图”等关键概念，让我明白了如何科学地决定哪些功能应该固化为ASIC，哪些应该留给可重构逻辑。更妙的是，它还讨论了工具链如何适应这些新型架构的编译优化问题，这往往是项目失败的关键所在。如果你仅仅停留在了解SRAM和DRAM的工作原理，这本书会带你进入如何设计出比传统内存控制器更高效的片上缓存层次结构，以及如何通过算法的重排来最大限度地隐藏内存访问延迟。它提供的洞察力，足以让一个团队在竞争激烈的市场中找到技术制高点。

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这部新出版的《VLSI Algorithms and Architectures》简直是为我们这些在芯片设计领域摸爬滚打的人量身定做的“武功秘籍”。我刚翻开第一章，就被作者那种深入浅出的叙述方式给镇住了。他没有过多地纠缠于那些过于抽象的理论堆砌，而是非常务实地将算法设计与实际的硬件实现紧密地联系起来。比如，在处理并行计算和流水线优化时，书里提供的案例分析详尽到令人发指的地步，不仅仅是告诉你“应该”怎么做，更重要的是解释了“为什么”在特定的工艺节点下，A方案比B方案在功耗和延迟上更具优势。我尤其欣赏它对新兴领域，比如低功耗设计和新兴存储器架构的关注，这部分内容绝对是走在了行业前沿，很多我在实际项目中遇到的瓶颈，都能在这本书里找到合理的理论支撑和解决方案的雏形。读完这几章，我感觉自己对整个SoC设计的底层逻辑又上了一个台阶，不再是简单的模块堆叠，而是真正理解了如何从算法层面去指导架构的优化，对于那些想从逻辑设计转向系统架构的工程师来说，这本书的价值是无可估量的。

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拿到这本书时，我主要关注的是它对算法复杂度的量化分析如何映射到芯片面积和功耗上。这本书在这方面做得非常出色，它并没有满足于使用大O表示法来描述理论复杂度，而是建立了一套更贴近硅片工程的“实际工作量模型”。例如，在讨论图像处理或信号处理算法的硬件化时，它会详细分析不同位宽、不同精度对寄存器数量和逻辑门数量的乘数影响。我发现书中对流水线级数的选择和分支预测机制对整体吞吐量的影响进行了大量的仿真和对比，这些细节对于进行成本效益分析至关重要。我一直认为，优秀的VLSI设计人员必须是算法和硬件的“混血儿”，这本书正是培养这种思维的最佳土壤。它教会你的不是如何使用特定的工具，而是如何用设计师的视角去“审视”任何一个算法，预判它在硬件上的“体格”和“耐力”。

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