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出版者:国防工业出版社

作者:贺名臣

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2004-1

价格:36.00元

装帧:平装

isbn号码:9787118033526

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 电路设计
• 数字电路
• FPGA
• Verilog
• 硬件描述语言
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
• EDA
• 设计技术

现代集成电路系统架构与高级设计方法 内容提要： 本书深入探讨了当代集成电路设计领域的前沿技术、系统级方法论以及支撑复杂系统实现的关键流程。它旨在为读者构建一个全面的、面向实战的知识体系，覆盖从算法定义到物理实现的各个环节，尤其侧重于如何利用高级抽象层次来管理设计复杂性，并应对功耗、性能和面积（PPA）的严格约束。 第一章：系统级建模与抽象层次设计 本章首先界定了现代SoC（片上系统）的设计挑战，强调了在早期阶段进行架构选择对最终产品性能的决定性影响。内容涵盖了基于C/C++的系统级建模（System-Level Modeling, SLM）技术，特别是如何利用高层次综合（High-Level Synthesis, HLS）工具链进行快速迭代和设计空间探索（Design Space Exploration, DSE）。 重点分析了不同抽象层次之间的转换策略，包括如何将算法模型转换为寄存器传输级（RTL）描述。我们详细介绍了指令集架构（ISA）的选择与定制，并探讨了如何通过模型驱动设计（Model-Driven Design, MDD）的方法，确保从规格到实现的连贯性。此外，本章还讲解了混合信号系统（Mixed-Signal Systems）中数字和模拟部分的接口协议设计，以及如何使用SystemC等语言进行事务级建模（Transaction-Level Modeling, TLM）。 第二章：先进处理器架构与并行计算 本章聚焦于现代高性能计算核心的设计原理。内容涵盖了指令级并行性（ILP）的挖掘技术，如乱序执行（Out-of-Order Execution）、分支预测机制（Branch Prediction）的最新发展，以及超标量（Superscalar）和VLIW（Very Long Instruction Word）处理器的内部结构。 深入剖析了多核处理器（Multicore Processors）的缓存一致性协议（Cache Coherence Protocols），如MESI、MOESI及其变种，并讨论了实现高效片上互连网络（Network-on-Chip, NoC）的拓扑结构选择、路由算法和流量控制策略。对于特定领域的加速器设计，本章详细阐述了如何根据应用需求（如图形处理、AI推理）定制专用指令集扩展（ISA Extensions）和数据路径优化，以实现极致的能效比。 第三章：低功耗设计与能效优化 随着芯片尺寸的不断缩小和集成密度的增加，功耗管理已成为决定芯片成败的关键因素。本章系统性地介绍了静态功耗（Static Power）和动态功耗（Dynamic Power）的产生机理及其量化方法。 内容覆盖了跨越不同设计阶段的低功耗设计技术： 1. 架构级优化： 动态电压频率调节（DVFS）、电源门控（Power Gating）和时钟门控（Clock Gating）的自动插入与管理。 2. RTL级优化： 寄存器分配优化、数据流重排以减少不必要的翻转活动（Activity Reduction）。 3. 物理设计级优化： 选择超低阈值电压（ULVT）单元库、优化驱动强度以平衡延迟和功耗。 此外，本章还讨论了亚阈值计算（Subthreshold Computing）的原理及其在极低功耗物联网（IoT）设备中的应用潜力与挑战。 第四章：集成电路验证的系统化方法 现代ASIC和SoC的设计时间中，验证工作占据了超过70%的资源。本章全面介绍了当前业界主流的验证方法学，强调从功能正确性到性能合规性的全方位覆盖。 重点内容包括： 基于形式化的验证（Formal Verification）： 在不依赖测试向量的情况下，数学证明设计满足特定属性的方法，包括等价性检验（Equivalence Checking）和形式化模型检测（Model Checking）。 基于约束的随机验证（Constrained Random Verification, CRV）： 详细讲解了UVM（Universal Verification Methodology）框架的构建、序列器的设计、覆盖率驱动的测试生成，以及参考模型（Reference Model）的编写。 仿真与加速： 讨论了混合仿真（Co-Simulation）技术，结合硬件加速器（如FPGA原型验证平台）来加速复杂的系统级验证过程。 第五章：物理实现与后端流水的精化 本章将视角转向设计流程的后期，探讨如何将逻辑网表（Netlist）转化为可制造的物理版图。内容涵盖了从布局规划（Floorplanning）到签核（Sign-off）的完整后端流程。 关键技术点包括： 时序收敛（Timing Closure）： 详细分析了静态时序分析（Static Timing Analysis, STA）的原理，以及如何处理片上延迟（On-Chip Variation, OCV）和先进工艺节点的IR（IR Drop）效应。 版图设计与布线： 探讨了高密度设计中的金属层选择、关键路径的定制布线，以及如何优化信号完整性（Signal Integrity, SI），如串扰（Crosstalk）的缓解。 可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）： 介绍了光刻、刻蚀等制造工艺对设计规则（DRC）的要求，以及如何通过添加辅助结构（如Dummy Fill Patterns）来确保良率。 第六章：面向未来的设计趋势——异构计算与领域专用架构 本章展望了集成电路设计领域的发展方向。内容探讨了FPGA与ASIC协同设计（Co-Design）的优化策略，以及如何利用可重构硬件加速数据流。 此外，本章深入分析了新兴的计算范式： 存内计算（Processing-in-Memory, PIM）： 探讨了如何利用内存阵列的物理特性来执行计算操作，以克服冯·诺依曼瓶颈。 类脑计算（Neuromorphic Computing）： 介绍了脉冲神经网络（SNN）硬件的实现挑战与优势。 安全增强设计： 讨论了硬件信任根（Root of Trust）、物理不可克隆函数（PUF）在芯片安全架构中的集成方法。 本书的受众主要面向电子工程、计算机工程、微电子学等相关专业的高年级本科生、研究生以及希望系统性提升在数字IC设计领域技能的专业工程师。通过对这些前沿主题的深入剖析，读者将掌握驾驭当前及未来复杂芯片设计挑战所需的工具箱和思维框架。

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