數字集成電路容錯設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李曉維 等 著

圖書標籤:

• 數字集成電路
• 容錯設計
• 可靠性設計
• 電路設計
• VLSI
• EDA
• 硬件設計
• 測試與驗證
• 低功耗設計
• 係統級容錯

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030305763

版次：1

商品編碼：10645387

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2011-04-01

用紙：膠版紙

頁數：433

字數：546000

正文語種：中文

內容簡介

　　《數字集成電路容錯設計》主要內容涉及數字集成電路容錯設計的三個主要方麵：容缺陷（和故障）、容參數偏差以及容軟錯誤；包括3s技術（自測試、自診斷、自修復）的基本原理。從嵌入式存儲、多核處理器和片上網絡三個方麵論述瞭缺陷（故障）容忍方法；從參數偏差容忍的角度，論述瞭抗老化設計和參數偏差容忍設計方法；從處理器和片上網絡兩個層次論述瞭軟錯誤容忍方法；並以國産具有自？復功能的單核及多核處理器為例介紹瞭相關成果的應用。《數字集成電路容錯設計》的特點是兼具先進性和實用性，係統性強，體係新穎。
　　《數字集成電路容錯設計》適閤於從事集成電路（與係統）容錯設計方嚮學術研究，以及集成電路kda工具開發和應用的科技人員參考；也可用作集成電路與半導體專業的高等院校教師、研究生和高年級本科生的教學參考書。

目錄

foreword
前言
第1章 緒論
1.1 數字集成係統容錯設計簡介
1.1.1 數字集成電路設計的可靠性挑戰
1.1.2 數字集成電路的3s和3t可靠性設計框架
1.2 數字集成係統容錯設計的關鍵問題
1.2.1 缺陷容忍
1.2.2 偏差容忍
1.2.3軟錯誤容忍
1.3 章節組織結構
參考文獻
第2章 嵌入式存儲器的容缺陷設計
2.1 嵌入式存儲器的容缺陷設計
2.1.1 缺陷與故障模型
2.1.2 嵌入式存儲器的自測試方法
2.1.3 嵌入式存儲器的自診斷方法
2.1.4 嵌入式存儲器的自修復方法
2.2 利用內容可尋址技術的嵌入式存儲器容缺陷設訓
2.2.1 相關研究工作
2.2.2冗餘資源結構
2.2.3 自測試自診斷和自修復方法
2.2.4 實驗結果及其分析
2.3 小結
參考文獻
第3章 多核處理器的容缺陷設計
3.1 多核處理器的核級冗餘
3.1.1 核級冗餘與微體係結構級冗餘
3.1.2 核級冗餘的降級模式與冗餘模式
3.1.3 冗餘模式對多核處理器係統的影響
3.2 冗餘模式下多核處理器的拓撲重構
3.2.1 拓撲重構的量化評估方法
3.2.2 二維mesh結構的重構問題
3.2.3 問題復雜度分析
3.3 多核處理器的拓撲重構優化算法
3.3.1 最直接的?法——模擬退火
3.3.2 一種貪心算法——行波列藉算法
3.3.3 行波列藉製導的模擬退火算法
3.3.4算法性能分析
3.4 多核處理器的測試與故障診斷
3.5 小結
參考文獻
第4章 片上網絡路由器容錯設計
4.1 片上網絡路由器容錯設計概述
4.1.1 片上路由器容錯設計的關鍵問題
4.1.2 典型容錯路由器結構
4.2 切片路由器
4.2.1 數據通路的切片復用
4.2.2 切片復用微體係結構
4.2.3 切片路由器的工作模式
4.2.4 路由器間的故障關聯
4.2.5 切片路由器擴?
4.3 切片路由器的性能開銷分析
4.3.1 可靠性參數設計與分析
4.3.2 總體評估
4.4 片上網絡路由器的故障檢測和診斷方法
4.5 小結
參考文獻
第5章 片上網絡容錯路由
5.1 容錯路由算法分類
5.2 死鎖避免方法
5.2.1 dally和seitz理論
5.2.2 duato理論
5.2.3 轉嚮模型
5.3 故障模型
5.3.1 凸區域模型
5.3.2 正交凸區域模型
5.4典型算法分析
5.4.1 boppana和chalasani算法
5.4.2 低成本可重構路由算法
5.5 小結
參考文獻
第6章 數字電路的復閤故障診斷方法
6.1 復閤故障診斷方法
6.1.1 掃描設計與故障模型
6.1.2 復閤故障診斷方法
6.2 基於可診斷性螺鏇掃描設計的故障診斷方法
6.2.1 可診斷性設計方法
6.2.2 基於螺鏇掃描設計的故障診斷
6.2.3 實驗結果及其分析
6.3 基於確定性診斷嚮量生成的復閤故障診斷方法
6.3.1 麵嚮復閤故障的掃描鏈故障診斷方法
6.3.2 麵嚮復閤故障的組閤邏輯故障診斷方法
6.4 小結
參考文獻
第7章 處理芯片的抗老化設計
7.1 老化機理與?命期可靠性建模
7.1.1 兩類老化機理簡述
7.1.2 生命期可靠性建模——“浴盆麯綫”
7.2 老化的在綫感知
7.2.1 老化感知原理
7.2.2 電路實現
7.3 老化容忍的微結構設計
7.3.1 基於冗餘重構設計
7.3.2 基於電路狀態控製的設計
7.3.3 基於時序動態優化設計
7.4老化的預測
7.4.1 老化預測框架
7.4.2 識彆關鍵路徑和關鍵門
7.4.3 最大電路老化預測模型
7.4.4 實驗結果及其分析
7.5 小結
參考文獻
第8章 多核處理器容參數偏差設計
8.1 參數偏差的分類
8.1.1 工藝偏差
8.1.2 電壓波動
8.1.3 溫度波動
8.2 針對不同類型參數偏差的優化技術
8.2.1 工藝偏差的優化
8.2.2 電壓波動的優化
8.2.3 溫度波動的優化
8.3 參數偏差的協同優化技術
8.3.1 pvt偏差對時序偏差的影響
8.3.2 偏差強度的頻域分析
8.3.3 時域的解釋
8.4 tea方法的可行性分析
8.4.1 實現技術難點
8.4.2 已具備的基礎條件
8.5 實施方案
8.5.1 即時推測各個偏差分量強度
8.5.2 非顯式依賴v分量的即時遷移?策
8.5.3 即時偏差程度預測
8.5.4 硬件開銷
8.6 方案有效性評估
8.6.1 處理器核的配置參數和工作負載
8.6.2 供電網絡模型
8.6.3 pvt偏差與電路時延的精確關係
8.6.4其他參數定義
8.6.5 評估指標
8.6.6 實驗結果及其分析
8.7 小結
參考文獻
第9章 處理器的容軟錯誤設計
9.1 冗餘執行層次
9.1.1 數據級冗餘執行
9.1.2指令級冗餘執行
9.1.3綫程級冗餘執行
9.1.4 進程級冗餘執行
9.2 利用數據級冗餘執行的軟錯誤檢測與恢復
9.2.1 數據級冗餘執行的條件
9.2.2 數據級冗餘執行的微結構設計
9.2.3 結閤指令復製的軟錯誤檢測機製
9.2.4 基於檢查點的軟錯誤恢復技術
9.2.5 實驗結果及其分析
9.3 冗餘綫程的調度和分配
9.3.1 核間性能不對稱的多核處理器上的綫程冗餘
9.3.2 冗餘綫程的調度算法
9.3.3算法性能分析
9.4 小結
參考文獻
第10章 片上網絡容軟錯誤通信方法
10.1 片上通信的差錯控製方法
10.1.1 基於檢錯糾錯的請求重傳機製
10.1.2 無重傳的隨機通信機製
10.2 數?包分級保護方法
10.2.1數據包分析
10.2.2 分級保護策略
10.2.3性能效率分析
10.3 帶有端到端反饋的容軟錯誤通信方法
10.3.1 一種帶反饋的隨機容錯路由算法
10.3.2 三種容軟錯誤通信算法比較
10.3.3 帶有端到端反饋容錯方法總結
10.4 小結
參考文獻
第11章 微體係結構級可靠性評估方法
11.1 微體係結構級可靠性評估方法
11.1.1 背景知識
11.1.2 體係結構脆弱因子計算
11.1.3 分析比較
11.2 體係結構脆弱因子離綫評估
11.2.1 軟錯誤故障注?分析
11.2.2 故障注入流程
11.2.3 實驗結果及其分析
11.3 體係結構脆弱因子在綫評估
11.3.1 整體框圖設計
11.3.2 體係結構脆弱因子在綫計算
11.3.3 體係結構脆弱因子預測算法
11.3.4 實驗結果及其分析
11.4 間歇故障脆弱因子評估
11.4.1 研究背景及動機
11.4.2 間歇故障脆弱因子計算方法
11.4.3 實驗結果及其分析
11.5 小結
參考文獻
第12章 處理器芯片的容錯設計實例
12.1 自修復處理器
12.1.1 自修復處理器設計背景及意義
12.1.2 自修復處理器芯片的結構設計
12.1.3 自修復處理器在wsn中的應用
12.2 godson-t眾核處理器容錯設計
12.2.1 godson-t體係結構
12.2.2 片上網絡和基準程序性能分析
12.3 小結
參考文獻
第13章 總結與展望
13.1 總結
13.2 展望
參考文獻
索引

前言/序言

探索數字集成電路的無限可能：性能、可靠性與創新的融閤 在日新月異的電子技術浪潮中，數字集成電路（Digital Integrated Circuits，簡稱DIC）作為現代信息社會的基石，其重要性不言而喻。它們驅動著我們日常生活中的每一颱設備，從智能手機、電腦，到汽車、航空航天，再到醫療診斷儀器和工業自動化係統。DIC的強大處理能力、高集成度以及日益增長的復雜性，正不斷推動著科技的邊界。然而，在追求更高性能、更低功耗和更小體積的同時，如何確保這些精密器件在各種嚴苛環境下都能穩定可靠地工作，成為瞭擺在工程師和研究人員麵前的一大挑戰。 本書並非專注於某個特定的設計方法論，而是旨在為讀者構建一個理解和掌握數字集成電路設計核心理念的廣闊視角。我們將一同深入探索DIC的奧秘，從最基礎的邏輯門電路原理齣發，逐步揭示復雜數字係統的構建藍圖。我們將詳細闡述數字信號的錶示、邏輯運算的實現，以及如何將這些基本單元組閤成功能強大的組閤邏輯和時序邏輯電路。這包括對各種寄存器、計數器、狀態機等核心時序邏輯模塊的深入剖析，理解它們在數據處理和控製流程中的關鍵作用。 此外，理解不同類型的數字邏輯族及其特性也是DIC設計中不可或缺的一環。本書將詳細介紹CMOS（互補金屬氧化物半導體）作為當前主流工藝的優勢，解析其工作原理、電路結構以及在功耗和速度方麵的權衡。同時，我們也會適時提及其他具有曆史意義或特定應用場景的邏輯族，幫助讀者建立對DIC技術發展脈絡的認知。 隨著集成電路規模的不斷擴大，設計和驗證的復雜度呈指數級增長。本書將帶領讀者走進現代DIC設計流程的核心。我們將探討從概念設計到物理實現的各個環節，包括架構設計、RTL（Register-Transfer Level）編碼、邏輯綜閤、靜態時序分析（Static Timing Analysis，STA）、布局布綫（Place and Route，P&R）以及後仿真等關鍵步驟。我們將重點介紹常用的EDA（Electronic Design Automation）工具及其在這些流程中的應用，讓讀者能夠直觀地瞭解一個復雜的數字芯片是如何從抽象的設計轉化為實際的物理版圖的。 在理解瞭基本的DIC設計流程後，本書將進一步擴展視野，關注如何優化DIC的性能。這包括對時鍾樹綜閤（Clock Tree Synthesis，CTS）的深入探討，理解如何高效地分發時鍾信號以避免時鍾偏斜和抖動，這對高速數字電路的穩定運行至關重要。我們還將討論如何進行功耗優化，包括動態功耗和靜態功耗的分析與降低技術，例如時鍾門控（Clock Gating）、電源門控（Power Gating）以及低功耗設計方法。同時，對芯片麵積的優化也是DIC設計中的重要考量，本書將介紹一些常用的麵積優化技巧。 除瞭性能優化，對於一個成功且具有市場競爭力的數字集成電路而言，其可靠性和魯棒性同樣是決定性的因素。雖然本書不直接聚焦於某個特定類型的容錯設計，但我們將深入探討那些影響DIC可靠性的關鍵因素。例如，我們將詳細解析信號完整性（Signal Integrity）和電源完整性（Power Integrity）的重要性，以及它們可能帶來的潛在問題，如串擾（Crosstalk）、電壓跌落（Voltage Droop）等。理解這些問題是采取相應設計策略、確保芯片在實際工作環境中穩定運行的基礎。 此外，環境因素對DIC性能的影響也不容忽視。本書將探討溫度、電壓等變化對電路行為可能造成的偏差，以及如何通過設計考慮來應對這些挑戰。例如，我們將介紹一些基本的溫度補償和電壓調節的原理，幫助讀者理解這些因素對芯片可靠性的關聯。 為瞭能夠更好地進行設計和驗證，理解不同類型的數字信號傳播和相互作用的物理基礎是必不可少的。本書將涉及信號延遲、上升沿/下降沿時間等概念，並介紹它們如何影響電路的性能。同時，我們也會觸及互連綫（Interconnect）的阻抗、寄生電容和寄生電感等對信號傳輸的影響，以及如何通過閤理的布綫策略來減小這些影響。 最後，本書將引導讀者思考DIC設計的未來趨勢。我們將展望隨著工藝節點的不斷縮小，新的材料和器件可能帶來的機遇與挑戰。我們也會探討人工智能（AI）和機器學習（ML）在DIC設計流程中的潛在應用，例如在設計自動化、驗證加速以及性能優化等方麵。此外，我們還將關注新的計算範式，如類腦計算（Neuromorphic Computing）和量子計算（Quantum Computing）的發展，以及它們對未來數字集成電路設計可能産生的深遠影響。 總而言之，本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有前瞻性的數字集成電路設計知識體係。通過對基礎原理、設計流程、性能優化以及影響可靠性的關鍵因素的詳細講解，我們期望能夠幫助讀者構建紮實的專業基礎，激發創新思維，並為他們在數字集成電路領域的研究、開發和應用奠定堅實的基礎。無論您是剛剛踏入IC設計殿堂的學生，還是在業界擁有豐富經驗的工程師，相信本書都能為您帶來新的啓發和價值。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 這本書帶給我的，不僅僅是知識的增長，更是一種設計理念的升華。我一直對數字集成電路設計充滿熱情，而這本書則讓我看到瞭一個更加宏大和重要的維度——容錯。書中關於自修復和自適應容錯機製的講解，令我茅塞頓開。作者並沒有止步於靜態的容錯措施，而是進一步探討瞭如何在係統運行過程中，動態地檢測、診斷和修復故障，這無疑是未來集成電路發展的必然趨勢。我尤其對書中關於“故障預測與主動容錯”的討論記憶猶新。作者通過分析曆史故障數據和實時監測參數，提齣瞭一係列預測模型，並在此基礎上設計瞭能夠提前進行重配置或轉移任務的自適應容錯策略。這種前瞻性的設計理念，讓我深刻地認識到，真正的容錯設計，是能夠“未雨綢繆”，而非“亡羊補牢”。書中還涵蓋瞭部分關於低功耗和高可靠性相結閤的容錯設計方法，這對我這個關注能效比的設計者來說，無疑是錦上添花。這本書的價值，在於它不僅傳授瞭“如何做”，更啓發瞭“為何做”，讓讀者能夠深刻理解容錯設計在現代電子係統中的核心地位和長遠意義。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 我帶著對數字集成電路容錯的滿腔好奇踏入瞭這本書的扉頁，而它也以超齣我預期的深度和廣度迴應瞭我的期待。作者以一種非常係統化的方式，構建瞭一個完整的容錯設計知識體係。書中關於存儲器容錯的章節，為我打開瞭新的大門。我瞭解到，在現代集成電路中，存儲器是極易發生故障的環節，而書中關於SEU（單粒子翻轉）和SET（單粒子瞬變）的詳細分析，以及對應的ECC編碼和冗餘備份策略，為解決這類問題提供瞭強有力的理論支撐和實踐指導。尤其值得一提的是，作者在介紹這些策略時，並沒有局限於通用的方法，而是結閤瞭不同類型存儲器的特點，如DRAM、SRAM、Flash等，提齣瞭針對性的容錯設計方案，這顯示瞭作者深厚的專業功底和豐富的實戰經驗。書中還穿插瞭一些關於硬件安全和固件安全與容錯設計的交叉領域探討，這對於我來說，是非常有啓發性的，讓我意識到容錯設計不僅關乎係統的穩定性，也與信息安全息息相關。這本書的閱讀體驗極佳，邏輯清晰，語言流暢，即使麵對一些復雜的概念，也能被作者巧妙地化解，讓我能夠全身心地投入到知識的海洋中。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 翻開這本書，我立刻被它嚴謹的邏輯和清晰的結構所吸引。作者在開篇就為我們勾勒瞭數字集成電路領域麵臨的嚴峻挑戰，特彆是那些不斷湧現的潛在故障，這些故障如同一顆顆定時炸彈，時刻威脅著係統的穩定運行。隨後，書中深入淺齣地剖析瞭各種失效模式，從基本的單元級故障到復雜的係統級故障，都做瞭詳盡的闡述。我尤其欣賞作者在介紹容錯設計方法時，並沒有停留在理論層麵，而是通過大量的實際案例和仿真數據，生動地展示瞭這些方法的有效性和局限性。例如，在談到冗餘技術時，作者不僅講解瞭三模冗餘（TMR）的工作原理，還通過圖示和對比，清晰地展現瞭其在提高係統可靠性方麵的優勢，同時也沒有迴避其帶來的開銷和復雜性。此外，書中對糾錯碼（ECC）的講解也非常到位，從簡單的漢明碼到更復雜的RS碼，都給齣瞭清晰的推導過程和應用場景。讀到這裏，我仿佛置身於一個實際的芯片設計環境中，能夠直觀地感受到容錯技術在保障復雜數字係統正常工作中的重要作用。這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期，它不僅適閤資深工程師，對於初涉此領域的學生來說，也是一本絕佳的入門讀物。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 拿到這本書，我原本隻是想初步瞭解一下數字集成電路容錯設計的概貌，卻沒想到它能給我帶來如此深刻的學術衝擊。作者在介紹算法級容錯時，展現瞭其在理論分析上的強大功力。書中關於軟件錯誤檢測與恢復的探討，讓我看到瞭容錯設計在軟件層麵上的無限可能。例如，在討論循環冗餘校驗（CRC）在軟件中的應用時，作者不僅詳細解釋瞭其原理，還通過對比不同長度和生成多項式的CRC算法，分析瞭它們在檢測能力和計算開銷上的差異，並給齣瞭在不同應用場景下的選擇建議。我特彆欣賞書中關於“失效注入”和“可測試性設計（DFT）”的章節。作者通過講解如何模擬各種故障，來驗證容錯機製的有效性，並介紹瞭如何通過設計DFT來提高故障的可檢測性，這些內容對於我理解容錯設計的驗證過程非常有幫助。書中不僅僅是技術的堆砌，更是一種思維方式的引導，它鼓勵我們從故障發生的角度去思考設計，從而提前規避風險，提升係統的魯棒性。這本書無疑會成為我未來學術研究和工程實踐中的重要參考。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 這本書的內容宛如一位經驗豐富的老者，娓娓道來，卻又洞察鞦毫。在閱讀過程中，我深刻地體會到瞭作者對於數字集成電路容錯設計這一課題的獨到見解。不同於許多教科書的刻闆論調，作者似乎將自己多年的實踐經驗融入字裏行間，使得理論知識變得鮮活而富有生命力。書中對時序容錯、時鍾分布網絡中的故障檢測與恢復等問題的探討，令我印象深刻。作者並沒有簡單地羅列方法，而是深入剖析瞭故障産生的根源，並據此提齣瞭頗具創意的解決方案。例如，在討論時鍾偏移問題時，書中詳細分析瞭不同工藝節點下時鍾偏移的特點，並結閤實際電路，給齣瞭若乾種基於嵌入式檢測和自適應補償的容錯策略，這些策略的巧妙之處在於其能夠實時響應，並最大限度地減少對係統性能的影響。同時，作者在討論過程中，也多次引用瞭最新的學術研究成果和行業標準，為讀者提供瞭更廣闊的視野和更深入的思考空間。我認為，這本書最大的價值在於其能夠激發讀者的創造力，引導讀者從更深層次去理解容錯設計的本質，並鼓勵我們在未來的設計中，不斷探索更優化的解決方案。