Low-Power Digital VLSI Design

Low-Power Digital VLSI Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Abdellatif Bellaouar
出品人:
页数:547
译者:
出版时间:1995-06-30
价格:USD 176.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780792395874
丛书系列:
图书标签:
  • VLSI
  • 低功耗设计
  • 数字电路
  • 集成电路
  • 芯片设计
  • CMOS
  • 电路设计
  • 电子工程
  • 低功耗
  • 数字VLSI
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具体描述

<em>Low-Power Digital VLSI Design: Circuits and Systems</em> addresses both process technologies and device modeling. Power dissipation in CMOS circuits, several practical circuit examples, and low-power techniques are discussed. Low-voltage issues for digital CMOS and BiCMOS circuits are emphasized. The book also provides an extensive study of advanced CMOS subsystem design. A low-power design methodology is presented with various power minimization techniques at the circuit, logic, architecture and algorithm levels. <br/> Features:

Low-voltage CMOS device modeling, technology files, design rules

Switching activity concept, low-power guidelines to engineering practice

Pass-transistor logic families

Power dissipation of I/O circuits

Multi- and low-<em>V<sub>T</sub> </em>CMOS logic, static power reduction circuit techniques

State of the art design of low-voltage BiCMOS and CMOS circuits

Low-power techniques in CMOS SRAMS and DRAMS

Low-power on-chip voltage down converter design

Numerous advanced CMOS subsystems (e.g. adders, multipliers, data path, memories, regular structures, phase-locked loops) with several design options trading power, delay and area

Low-power design methodology, power estimation techniques

Power reduction techniques at the logic, architecture and algorithm levels

More than 190 circuits explained at the transistor level.

电子设计自动化(EDA)的宏观视角与前沿探索 书名:集成电路设计与制造的前沿进展 内容简介: 本书旨在提供对现代集成电路(IC)设计与制造领域最新进展的全面而深入的洞察,重点聚焦于那些超越传统数字前端与后端流程,延伸至材料科学、新型器件架构、系统级封装(SiP)以及面向特定应用领域(如人工智能加速器和物联网边缘计算)的创新方法。本书避开了对标准CMOS逻辑设计流程、静态时序分析(STA)或基础功耗优化的深入讨论,而是将视角聚焦于支撑下一代异构计算和先进封装技术所需的颠覆性技术和设计范式。 第一部分:超越硅基限制——新型器件与材料的探索 本部分深入探讨了传统CMOS技术逼近物理极限后,为维持性能提升和能效发展所采用的多种前沿技术。 第1章:后摩尔时代晶体管结构演进 本章侧重于对FinFET架构之外的下一代晶体管形态的分析。重点讨论了Gate-All-Around (GAA) FET,特别是其不同的实现方式(如Ribbon FET和Nanowire FET)在静电控制、亚阈值摆幅(SS)和驱动能力上的优势与挑战。此外,还将探讨隧道FET (TFET),分析其如何通过带间隧穿机制实现亚60mV/decade的亚阈值摆幅,从而在极低电压下实现更锐利的开关特性,尽管其面临着高导通电阻和低ON电流的工程难题。本章还会涉猎二维材料(2D Materials),如石墨烯和过渡金属硫化物(TMDs)在下一代晶体管中的潜力,特别是其在解决短沟道效应和提升载流子迁移率方面的独特优势。 第2章:存算一体(In-Memory Computing)的硬件架构 随着冯·诺依曼瓶颈的日益严峻,将存储和计算功能集成到同一物理位置成为必然趋势。本章详细剖析了基于非易失性存储器(NVM)的计算架构。重点分析了电阻式随机存取存储器(RCM)、相变存储器(PCM)和磁阻式随机存取存储器(MRAM)如何被重新设计用于执行矩阵乘法等核心AI运算。章节内容包括这些存储单元的非线性特性如何影响计算精度,以及如何设计专门的ADC/DAC电路和外围控制逻辑来有效管理这些模拟计算的精度和可靠性。我们着重探讨了混合精度计算的挑战以及如何通过优化算法级联硬件实现高能效的推理加速。 第二部分:系统级创新与异构集成 本部分将焦点从单个芯片内部的优化转移到芯片与芯片、芯片与封装之间的互连与协同工作,强调系统性能的整体提升。 第3章:先进封装技术:2.5D与3D集成 本章详述了实现高密度互连和系统级性能扩展的异构集成(Heterogeneous Integration)技术。内容包括硅中介层(Silicon Interposer)在2.5D封装中的应用,重点分析了微凸点(Microbump)的密度、良率以及热管理挑战。更进一步,本章深入探讨了3D芯片堆叠(3D Stacking)技术,特别是混合键合(Hybrid Bonding)如何实现极细间距(<10微米)的直接铜到铜连接,从而大幅提升芯片间的带宽并降低互连延迟和功耗。此外,还讨论了TSV(Through-Silicon Via)的制造工艺演进及其对信号完整性的影响。 第4章:片上网络(NoC)的高级拓扑与路由策略 对于包含多个计算核心(CPU、GPU、加速器)的复杂SoC乃至SiP而言,高效的片上网络至关重要。本章侧重于超越传统的Mesh或Torus拓扑结构。讨论内容包括稀疏拓扑(Sparse Topologies)在特定应用中的性能优势,以及如何设计自适应路由算法(Adaptive Routing)以动态规避拥塞区域,最大化网络吞吐量。章节还将分析多播(Multicast)和组播(Broadcast)操作的硬件支持机制,以及如何结合流量整形(Traffic Shaping)技术来保证关键任务的数据流服务质量(QoS)。 第三部分:面向特定领域的硬件加速与验证范式 本部分关注如何根据应用需求设计定制化硬件,并探讨在这些复杂系统中确保正确性和可靠性的新验证方法。 第5章:领域专用架构(DSA)的设计哲学与实现 本书将领域专用架构视为从算法到硬件映射的关键桥梁。本章分析了深度学习推理加速器中常见的稀疏性处理(Sparsity Handling)硬件单元,探讨如何通过硬件级稀疏数据流和压缩技术来优化带宽和存储访问。此外,本章还涉及数据流编程模型如何指导硬件合成,以及如何设计可重构计算单元(Reconfigurable Compute Units)以适应模型架构的迭代。重点在于如何平衡硬件的通用性和对特定算法的加速效率。 第6章:大规模集成电路的功能安全与可靠性设计 随着IC应用于自动驾驶、医疗设备等关键领域,确保其功能安全(Functional Safety)变得不可或缺。本章侧重于硬件容错(Hardware Fault Tolerance)机制的设计与评估。内容包括锁定步进(Lockstep)架构的实现细节、内存保护单元(MPU)在保护关键数据方面的作用,以及周期性错误检测与纠正(EDC/ECC)在高级存储技术(如3D NAND或MRAM)中的应用。本章还将讨论软错误(Soft Errors)的建模与缓解策略,特别是对于在辐射环境中运行的系统。 第7章:混合信号与射频前端的协同设计 本部分探讨了数字电路与模拟/射频电路的交界地带所面临的设计与集成挑战。重点分析了高分辨率数据转换器(ADC/DAC)的设计技术,例如流水线结构和Sigma-Delta调制器的非线性校正技术,以及如何最小化它们对相邻敏感数字电路的噪声耦合。此外,本章还将考察基于CMOS的毫米波(mmWave)电路设计,包括相控阵天线的集成挑战和对低噪声放大器(LNA)的噪声匹配技术。 本书旨在为高级电子工程师、系统架构师和科研人员提供一个全面、前瞻性的视角,理解驱动未来高性能、高能效计算系统背后的关键技术趋势和设计挑战。

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目录信息

读后感

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用户评价

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如果非要挑剔一点,这本书的深度对于入门者来说可能需要一点耐心,但对于有一定数字电路基础的读者而言,它提供了一个无与伦比的“进阶阶梯”。我特别欣赏书中关于低功耗验证和测试(DFT)的章节,这往往是其他书籍轻描淡写带过的地方。作者明确指出了,在超低电压下,传统的测试向量生成和扫描链操作本身也会引入额外的功耗峰值,并提出了相应的功耗感知型测试策略。这体现了作者对整个芯片生命周期的全面考量。总而言之,这本书已经超越了“教科书”的范畴,更像是一部高度浓缩的、凝聚了资深架构师智慧的“设计哲学”手册。它不仅为你提供了工具,更重要的是,它重塑了你对“高效能”的定义,将功耗的考量提升到了与功能、时序同等重要的战略高度。任何希望在功耗敏感领域做出突破性工作的专业人士,都应该将其视为案头必备的参考书。

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这本书给我带来的最大惊喜,在于它对新兴工艺节点的挑战和应对策略的探讨,展现了极强的与时俱进性。面对FinFET架构带来的新颖的功耗与性能曲线,书中没有采用过时的平面CMOS模型进行粗略估算,而是深入挖掘了多栅极晶体管的物理特性对低功耗设计的影响。例如,作者在介绍变体单元库(Cell Library)的选择时,细致对比了不同驱动强度的标准单元在特定漏电约束下的表现。这种对工艺敏感度的深刻理解,使得书中的许多优化技巧具有极强的实操价值,而非空谈理论。更难能可贵的是,作者对于“时序收敛与功耗的博弈”这一经典难题,提出了基于概率模型的优化方法,这比传统依赖保守裕度的做法要高效得多。对于正在为10nm及以下工艺节点进行设计验证的工程师来说,这本书提供的视角是至关重要的,它帮助我们将设计思维从“保证能跑”提升到“以最低能耗跑得最好”。

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初读这本关于超低功耗数字集成电路设计的书时,我最直观的感受是它在理论深度和工程实践之间找到了一个非常精妙的平衡点。作者并没有仅仅停留在对CMOS基本原理的复述上,而是深入探讨了在功耗这个核心约束下,设计决策是如何层层递进地影响到整个系统的。例如,在谈到时钟树综合(CTS)的功耗优化时,书中详细剖析了不同缓冲器放置策略对动态和静态功耗的精确影响模型,这一点对于需要设计前沿移动设备SoC的工程师来说,简直是宝典级别的参考资料。我特别欣赏作者在描述亚阈值设计和多阈值电压技术时所展现的细致入微。他们不仅仅是列出了公式,而是通过大量的仿真案例图表,直观地展示了如何在漏电和速度之间进行权衡取舍,那种“硬核”的分析能力让人印象深刻,感觉作者是真正在一线战斗多年后才写下这些经验的。这本书没有太多花哨的辞藻,每一个章节都像是被精心打磨过的工具箱,里面装着解决现实世界难题的利器。

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这本书的叙事结构和逻辑推进,简直是一场教科书级别的设计流程导览。它不像有些教材那样,章节之间衔接生硬、内容割裂,而是仿佛带着你从一个完整的芯片设计周期的起点,一步步走向最终的流片。我尤其关注了其中关于电源门控(Power Gating)和动态电压频率调整(DVFS)的章节。它没有将这些复杂的技巧视为孤立的技术点,而是将它们置于系统级功耗管理的大背景下进行讨论。我发现,作者对“上下文切换”带来的开销和复杂性有着极其清醒的认识,并给出了如何通过精巧的状态机设计来最小化这些开销的实用建议。这种自上而下的系统性思考,使得读者在学习具体的电路技巧时,不会迷失在纳米级的细节中而忘记了整体目标。读完这部分,我才真正理解了为何那些顶级芯片公司会在架构阶段就投入如此大的精力去规划功耗域的划分。这种宏观与微观的紧密结合,是这本书最吸引我的地方,它培养的不是一个只会搭积木的工程师,而是一个能设计整座大厦蓝图的建筑师。

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从阅读体验上来说,这本书的语言风格沉稳、专业,但绝不枯燥。它的行文节奏控制得非常好,总能在关键的理论转折点插入一些“过来人”的经验之谈。我非常喜欢它在探讨如何处理噪声和串扰对低压操作影响时所采用的案例分析。这些案例都不是虚构的理想化场景,而是基于真实设计中遇到的“灰色地带”——比如,电源网络的IR跌落如何间接影响到触发器的亚稳态窗口。作者在处理这些复杂、非线性的设计难题时,总是倾向于提供一个清晰的诊断框架,而不是直接给出单一的“银弹”解决方案。这种教学方式极大地激发了读者的批判性思维。它教会我的不是“怎么做”,而是“为什么这样做是最好的”,这对于提升一个设计者的底层洞察力是无价的。阅读过程中,我频繁地停下来,在脑海中复盘自己过去的项目,并立刻尝试用书中的新方法去重新审视那些遗留的优化空间。

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