基本信息
书名:3D集成电路设计 EDA、设计和微体系结构
定价:79.00元
作者:谢源等
出版社:机械工业出版社
出版日期:2016-03-01
ISBN:9787111526056
字数:
页码:
版次:1
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.4kg
编辑推荐
本书是3D设计领域的综述,重点在于使3D技术被采纳的EDA工具和算法,实施架构和在未来的、潜在的3D系统设计。本书旨在为读者提供全面的认识,主要介绍了以下内容:?3D 集成电路技术是一种有效的设计方法,使得芯片工业能够沿着性能提高的道路继续发展。?3D集成电路技术的工艺介绍。?3D集成电路技术面临的特殊的关于EDA的挑战,以及解决方法和实践。?使用3D技术的优势。?架构和系统级设计问题。?3D集成电路设计的成本。
内容提要
本书全面地介绍了3D集成电路设计相关的前沿技术,章节之间有侧重也有联系。章首先通过处理器与存储器速度差异造成的访问速度问题,引入了3D集成电路产生的原因和存在的问题。第2章介绍了3D集成电路制造相关的基本工艺问题。针对3D集成电路远比平面集成电路严重的散热问题,在第3章总结了相关的热分析和电源传输设计方法,简述了解决相关瓶颈问题的方案。随后,本书走向设计层面,在第4章介绍了带有2D块和3D块的3D布局规划算法。在第5章介绍了几种基于热分析的3D全局布局技术,并通过实验结果比较了多种3D布局技术。第6章针对的是3D集成电路的布线,介绍了基于热分析的3D布线和热通孔插入技术。第7章介绍了重排传统的2D微处理器模块的方法,对不同设计技术、方法进行了讨论。接下来,本书继续提升设计层次,在第8章讨论了3DNoC的设计,包括多种网络拓扑结构和3D片上路由器设计。第9章介绍了高能效服务器设计的3D架构研究。0章对3D集成电路技术潜在的成本优势进行了系统级分析与设计探索。
目录
目 录译者序原书序原书前言章 介绍 1 参考文献 11 第2章 3D集成电路工艺考量 12 2.1 介绍 12 2.2 背景:3D集成技术的初期需求 13 2.3 影响3D设计艺术状态的工艺因素 14 2.3.1 各层的堆叠方向:正面对背面与正面对正面 14 2.3.2 层间对准:层间互连误差 15 2.3.3 键合界面设计 17 2.3.4 硅通孔维度:设计点选择 19 2.3.5 通孔工艺集成和通孔类型的重新分类 21 2.4 总结 23 参考文献 24 第3章 三维 (3D) 芯片的热和电源传输挑战 26 3.1 介绍 26 3.2 三维集成电路中的热问题 27 3.2.1 热PDE 27 3.2.2 稳态热分析算法 28 3.2.3 有限元法(FEM) 30 3.2.4 三维电路热优化 33 3.3 三维芯片中的电源传输 34 3.3.1 电源传输基础 34 3.3.2 三维芯片电源传输:模型和挑战 35 3.3.3 控制PSN噪声的设计技术 39 3.3.4 控制PSN噪声的CAD技术 43 3.4 结论 46 参考文献 46 第4章 热敏感3D布局规划 50 4.1 介绍 50 4.2 问题说明 51 4.2.1 含二维块的三维布局规划 51 4.2.2 含三维块的三维布局规划 52 4.3 含二维块的三维布局规划表示法 53 4.3.1 二维表示法的基本表示 53 4.3.2 不同表示法的分析 57 4.4 含三维块的三维布局规划表示法 61 4.4.1 三维切片树 61 4.4.2 三维CBL 61 4.4.3 三元序列 63 4.4.4 多种表示法的分析 65 4.5 优化技术 66 4.5.1 模拟退火 66 4.5.2 基于SA的含二维块的三维布局规划 66 4.5.3 基于SA的含三维块的三维布局规划 68 4.5.4 解析方法 70 4.6 多种三维布局规划技术的影响 72 4.6.1 含二维块的三维布局规划影响 72 4.6.2 含三维块的三维布局规划的影响 74 4.7 总结和结论 76 附录 折叠3D元件设计 77 参考文献 80 第5章 热敏感三维 (3D) 布局 83 5.1 介绍 83 5.1.1 问题建模 83 5.1.2 现有三维布局技术总览 85 5.2 基于分块的技术 86 5.3 二次均匀建模技术 88 5.3.1 线网长度目标函数 89 5.3.2 单元排布成本函数 90 5.3.3 热分布成本函数 91 5.4 多层布局技术 92 5.4.1 三维布局流程 92 5.4.2 解析布局引擎 92 5.4.3 多层架构 96 5.5 基于变换的技术 97 5.5.1 本地堆叠转换方法 98 5.5.2 折叠转换方法 98 5.5.3 基于窗口的堆叠/折叠转换方法 99 5.6 合法化和详细布局技术 100 5.6.1 粗合法化 100 5.6.2 详细合法化 101 5.6.3 通过R图的层指定 103 5.7 三维布局流程 104 5.8 多种三维布局技术的影响 104 5.8.1 线网长度和TSV数目的折中 105 5.8.2 热优化的影响 110 5.9 三维布局对线网长度和中继器使用的影响 111 5.9.1 二维/三维布局器和中继器估计 112 5.9.2 实验设置和结果 112 5.10 总结和结论 114 参考文献 115 第6章 三维 (3D) 集成电路中的热通孔插入和热敏感布线 118 6.1 介绍 118 6.2 热通孔 118 6.3 把热通孔插入到布局后的设计 120 6.4 布线算法 123 6.4.1 多层方式 124 6.4.2 使用线性编程的两段方法 126 6.5 结论 129 参考文献 129 第7章 三维 (3D) 微处理器设计 131 7.1 介绍 131 7.2 堆叠完整模块 132 7.2.1 三维堆叠式缓存 132 7.2.2 可选功能 135 7.2.3 系统级集成 139 7.3 堆叠功能单元模块 139 7.3.1 移除互连线 139 7.3.2 对硅通孔的要求 141 7.3.3 设计局限问题 142 7.4 拆分功能单元模块 143 7.4.1 三维缓存结构的折中 143 7.4.2 运算单元的三维分拆 148 7.4.3 三维加法器 148 7.4.4 接口单元 150 7.5 结论 151 参考文献 153 第8章 三维 (3D) 片上网络架构 155 8.1 介绍 155 8.2 片上网络的简要介绍 156 8.2.1 NoC拓扑 156 8.2.2 NoC路由设计 158 8.2.3 NoC设计的更多信息 158 8.3 三维NoC架构 159 8.3.1 对称的NoC路由设计 159 8.3.2 三维(3D)NoC总线混合路由设计 161 8.3.3 真三维(3D)路由设计 162 8.3.4 按维度分解NoC路由设计 164 8.3.5 多层三维NoC路由设计 164 8.3.6 三维NoC拓扑设计 165 8.3.7 三维工艺对NoC设计的影响 166 8.4 使用三维NoC架构的多处理器芯片设计 166 8.4.1 三维二级缓存在CMP架构上的堆叠 167 8.4.2 dTDMA总线作为通信支柱 168 8.4.3 三维(3D)NoC总线混合路由架构 169 8.4.4 处理器和二级缓存组织 170 8.4.5 缓存管理策略 170 8.4.6 方法学 172 8.4.7 结果 173 8.5 结论 176 参考文献 176 第9章 PicoServer:使用三维 (3D) 堆叠技术建立能源效率服务器 179 9.1 介绍 179 9.2 背景 182 9.2.1 服务器平台 182 9.2.2 三维堆叠技术 184 9.2.3 DRAM技术 186 9.3 方法 186 9.3.1 仿真研究 186 9.3.2 估算功率及面积 189 9.4 PicoSever架构 191 9.4.1 核心架构和多线程的影响 192 9.4.2 宽共享总线架构 193 9.4.3 片上DRAM架构 194 9.4.4 一个CMP架构的多NIC需求 198 9.4.5 在三维堆叠中的热考虑 198 9.4.6 将闪存集成到PicoServer的影响 200 9.5 结果 205 9.5.1 整体表现 205 9.5.2 总体功率 208 9.5.3 能源效率的帕累托(Pareto)图 209 9.6 结论 212 参考文献 212 0章 系统级三维 (3D) 集成电路成本分析与设计探索 216 10.1 介绍 216 10.2 三维集成电路的早期设计评估 217 10.2.1 “兰特规则”的初探 217 10.2.2 芯片面积和金属层估计 218 10.2.3 TSV技术的影响 219 10.3 三维(3D)成本模型 220 10.4 系统级三维IC设计探索 223 10.4.1 评估TSV对芯片面积的影响 223 10.4.2 三维(3D)IC中减少金属层的潜力 223 10.4.3 键合工艺:D2W或W2W 224 10.4.4 成本与三维层数 225 10.4.5 异构堆叠 226 10.5 成本驱动型的三维设计流程 227 10.5.1 案例分析:两层OpenSPARC T1三维处理器 229 10.6 交互对称设计的三维掩膜版的重复使用 230 10.7 结论 231 参考文献 231
作者介绍
本书的作者都是3D集成电路研究领域的专家,Yuan Xie教授就职加利福尼亚大学圣巴巴拉分校(University of California at Santa Barbara)。由于他在3D集成电路架构和设计自动化上的突击贡献, 在2015年获选美国电气与电子工程师协会会士。Jason Cong教授现为加利福尼亚大学洛杉矶分校计算机系教授,系主任,北京大学客座教授。他于2001年获选美国电气与电子工程师协会会士。Sachin Sapatnekar教授在明尼苏达大学就职,曾任IEEE transaction of CAD主编,美国电气与电子工程师协会会士。
文摘
序言
这本书的讲解风格非常独特,以一种非常系统和宏观的视角来审视3D集成电路的设计。它不像很多技术书籍那样,将知识点零散地呈现,而是将整个3D IC的设计、EDA工具的应用以及微体系结构的优化,都构建在一个紧密联系的整体框架之下。作者非常注重设计思想的传递,他不仅仅是告诉我们“怎么做”,更重要的是解释“为什么这么做”。例如,在探讨微体系结构设计时,他会深入分析不同设计选择背后的逻辑和权衡,让我能够理解设计的本质。我尤其欣赏书中对于不同设计理念的比较和分析,这有助于我形成自己独立思考和判断的能力。这本书的阅读体验,更像是在进行一场思想的碰撞,它激发了我对3D IC技术深层次的思考,让我能够跳出具体的工具和技术细节,去理解整个行业的发展趋势和未来的可能性。
评分翻阅这本关于3D集成电路设计的书籍,我首先被其在微体系结构层面上的深刻洞察所吸引。作者没有停留在表面,而是深入剖析了3D IC环境下,传统的微体系结构面临的挑战以及如何进行创新性的改进。例如,书中对如何在多层芯片之间进行高效的通信,以及如何优化缓存层次结构以减少延迟和功耗的讨论,都让我耳目一新。我尤其欣赏作者对不同微体系结构设计选择的权衡分析,他清晰地阐述了在性能、功耗和面积之间的取舍,并提供了相应的评估方法。这对于我这样希望深入理解芯片内部运作机制的读者来说,无疑是宝贵的财富。书中对于异构计算在3D IC中的应用也进行了深入的探讨,这让我看到了未来芯片设计的发展方向,以及如何通过将不同功能的处理单元进行三维堆叠来提升整体计算能力。整体而言,这本书在微体系结构这一核心技术领域,为我打开了一扇新的大门,让我对高性能计算芯片的未来有了更清晰的认识。
评分这本书的内容对我来说,是一次非常系统且具有启发性的学习体验。它不仅仅是关于3D集成电路设计本身,更是通过对EDA工具的应用、具体的设计流程以及底层微体系结构的深入剖析,为我勾勒出了整个行业的前景和挑战。我印象最深刻的是,作者在讲解过程中,能够巧妙地将理论知识与实际应用相结合,使得原本枯燥的技术细节变得生动有趣。书中对各种设计案例的分析,为我提供了宝贵的实践指导,让我能够更直观地理解抽象的设计概念。我特别喜欢作者对未来技术发展趋势的预测,这让我能够提前把握行业脉搏,为自己的学习和职业发展指明方向。这本书就像一本百科全书,涵盖了3D IC设计的方方面面,让我能够在一个广阔的视野下,深入了解这项前沿技术。
评分这本书给我的感觉是,它非常详尽地探讨了3D集成电路设计的各个方面。从EDA工具的应用,到具体的芯片设计流程,再到底层微体系结构的优化,几乎涵盖了整个链条。尤其是在EDA工具部分,作者似乎花了很大的力气去介绍不同工具的功能、优势以及它们在3D IC设计中的具体应用场景。这一点对于我这样的初学者来说非常有价值,因为市面上的EDA工具琳琅满目,了解它们的差异和适用性能够帮助我更高效地选择和学习。此外,书中对于设计流程的讲解也相当细致,从概念设计到物理实现,每一步都进行了详细的阐述,并配以丰富的图示和案例,使得抽象的设计过程变得更加直观和易于理解。我特别喜欢其中对各种设计挑战和解决方案的探讨,这让我能够预见在实际设计中可能会遇到的困难,并提前做好准备。总而言之,这本书为我提供了一个非常全面和深入的3D IC设计学习框架,感觉就像拥有一位经验丰富的导师在身边指导一样。
评分这本书在EDA工具的应用层面,给我留下了非常深刻的印象。作者似乎对于市场上主流的EDA工具了如指掌,并且能够清晰地将它们的功能和在3D IC设计流程中的作用进行梳理。我特别欣赏书中对于不同EDA工具链的整合和协同工作的介绍,这在实际项目开发中至关重要。例如,书中对布局布线工具、时序分析工具以及功耗分析工具如何协同工作,以确保3D IC设计的成功进行了详细的阐述。我注意到作者还专门探讨了针对3D IC设计的特殊EDA需求,例如垂直互连的生成和优化,以及三维堆叠结构的验证。这些细节的讲解,使得我能够更好地理解EDA工具在实现复杂3D IC设计中的关键作用。这本书不仅仅是工具的罗列,更是对如何利用这些工具解决实际设计问题的深刻指导,让我觉得在EDA应用方面收获颇丰。
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