Embedded Memories for Nano-Scale VLSIs (Integrated Circuits and Systems) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Zhang, Kevin 编

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2009-05-08

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387884967

丛书系列:

图书标签:

Embedded memory
Nano-scale VLSI
Integrated circuits
Memory design
Low power
Circuit design
Semiconductor memory
VLSI design
Memory technology
Nanoelectronics

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具体描述

This book provides a comprehensive and in-depth view on the state-of-the-art embedded memory technologies. The book helps practicing engineers grasp key technology attributes and advanced design techniques in nano-scale VLSI design. It also helps them make decisions concerning the right design tradeoffs in real product development. This book first provides an overview on the landscape and trend of embedded memory in various VLSI system designs, including high-performance microprocessor, low-power mobile handheld devices, micro-controllers, and various consumer electronics. It then shows an in-depth view on each different type of embedded memory technology, including high-speed SRAM, ultra-low-voltage and alternative SRAM, embedded DRAM, embedded nonvolatile memory, and emerging or so-called 'universal' memories such as FeRAM, MRAM, and PRAM. Each topic covers all the key technology attributes from a product application perspective, ranging from technology scaling challenges to advanced circuit techniques for achieving optimal design tradeoff in performance and power. As VLSI systems become increasingly dependent on on-die memory to provide adequate memory bandwidth for various applications, the book gives readers a broader view of this important field and helps them to achieve their optimal design goals for different applications. This book provides readers a broad knowledge on the entire embedded memory technologies in order to better comprehend the technologies and create optimal memory solutions in real applications.

数字时代的基石：先进集成电路与系统设计（2024年版）探索超越摩尔定律极限的创新之路本卷深入剖析了当代集成电路（IC）设计与系统实现的复杂前沿领域。面对半导体技术在微缩化过程中遭遇的物理瓶颈、功耗墙和可靠性挑战，本书旨在提供一套全面、前瞻性的理论框架与实践方法论，指导工程师和研究人员驾驭下一代异构计算、存内计算以及超低功耗电路的设计范式。本书结构严谨，内容涵盖了从晶体管级工艺的精细调控到面向特定应用领域的系统级优化。我们聚焦于如何通过创新的架构设计、先进的电路拓扑和高度自动化的设计流程，实现性能、功耗与面积（PPA）指标的突破性改进。第一部分：前沿半导体物理与工艺节点挑战本部分致力于奠定理解现代IC设计基础的物理和材料科学视角。我们首先回顾了FinFET和Gate-All-Around (GAA) 晶体管结构在亚10纳米节点上的物理限制与性能潜力。 1. 亚纳米工艺的能效与可靠性详细讨论了短沟道效应的加剧、量子隧穿电流的不可避免性，以及由此引发的亚阈值摆幅（SS）恶化问题。书中详尽分析了不同掺杂技术和高介电常数（High-k）栅介质材料对阈值电压控制的影响。关键内容包括：随机变异性（Variability）：探讨了在极小尺寸下，随机过程引起的晶体管参数（如$V_{th}$、氧化物厚度）波动对电路鲁棒性的影响，并引入了统计建模方法来量化和缓解这些不确定性。负偏压温度不稳定性（NBTI）与电迁移（EM）：深入研究了先进工艺节点的应力效应和寿命限制因素，提供了加速老化测试模型和设计裕度分配策略。 2. 3D集成与先进封装技术随着平面微缩的成本效益下降，本书将大量的篇幅献给了三维集成电路（3D-IC）的兴起。重点剖析了诸如硅通孔（TSV）技术、混合键合（Hybrid Bonding）以及晶圆到晶圆（W2W）对齐的精确度要求。热管理挑战： 3D结构带来的热点问题是系统性能的致命短板。我们提出了先进的热仿真工具与集成的热感知架构设计方法，以确保在多层堆叠中实现均匀的温度分布。 I/O 互连带宽：分析了通过高密度、短距离的近邻互连（如Chiplet间的微凸点阵列）实现系统级带宽扩展的技术路线图。第二部分：超低功耗与专用加速器架构本部分聚焦于如何设计满足边缘计算、物联网（IoT）和移动设备对能源效率的严苛要求的电路与系统。 3. 极低电压操作与动态电源管理探讨了亚阈值（Sub-threshold）和近阈值（Near-threshold）计算的理论可行性与工程实践。 SRAM/CAM单元优化：针对极低电压下存储单元的稳定性问题，设计了多精度位线驱动和自适应阈值单元技术，以在保证读写可靠性的同时，将静态功耗降至最低。电压频率调控（DVFS/AVS）：介绍了一种基于实时工作负载预测的自适应电压调节（AVS）框架，该框架集成在片上电源管理单元（PMU）中，实现了微秒级的功耗状态切换。 4. 专用集成电路（ASIC）与异构计算本书认为，通用CPU已无法满足特定领域（如AI、信号处理）的效率需求。因此，我们详细阐述了领域特定架构（DSA）的设计流程。脉冲神经网络（SNN）硬件实现：针对生物启发式计算的趋势，设计了事件驱动型神经形态芯片架构，重点在于稀疏化数据流处理和位精度依赖的权重更新机制。数据流驱动型架构：阐述了如何将数据流图（Dataflow Graph）直接映射到硬件资源上，减少指令译码和程序计数器的开销，从而显著提高计算密度和能效比。例如，对张量核心（Tensor Cores）的细粒度资源分配策略进行了深入分析。第三部分：电路设计自动化与验证高效的IC设计离不开强大的工具链和严谨的验证流程。本部分涵盖了从高级综合到物理签核的自动化技术。 5. 高级综合（HLS）与RTL生成随着设计规模的扩大，抽象层次的提升成为必然。我们探讨了如何有效地利用高级综合工具链，将C++/SystemC描述转化为高质量的寄存器传输级（RTL）代码。资源绑定与调度优化：介绍了针对特定算法（如FFT、卷积）的调度算法，该算法能够智能地在功能单元（如乘法器、加法器）的共享和并行化之间做出最优决策。接口综合：强调了自动生成符合AMBA AXI或CXL等标准的片上总线接口和仲裁器的重要性，以确保模块间的无缝集成。 6. 可靠性验证与形式化方法传统模拟仿真在覆盖大规模状态空间时效率低下。本书大力推广在芯片设计中使用形式化验证技术。等价性验证（Equivalence Checking）：介绍使用SMT求解器对HLS生成的RTL与C++源代码之间的功能等价性进行数学证明的方法。安全与隐私的硬件保障：讨论了侧信道攻击（SCA）的硬件层防御机制，包括随机化时序、掩码技术以及免疫于功耗分析的电路设计模式。总结《数字时代的基石：先进集成电路与系统设计》不仅是对当前技术的总结，更是对未来十年半导体发展趋势的深度预判。它为需要掌握从纳米尺度物理效应到复杂系统架构的工程师和研究人员，提供了一个全面且高度实用的参考指南。本书旨在培养读者解决下一代计算挑战所需的跨学科能力。