高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 林圣圭，杨银堂，高海霞，吴晓鹏，董刚 著

图书标签:

• 三维集成电路
• 3D IC
• 高性能
• 低功耗
• 高可靠性
• 集成电路设计
• 电子工程
• VLSI
• 芯片设计
• 新兴技术

店铺： 妙语书言图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118113464

商品编码：29379287549

包装：精装

出版时间：2017-12-01

基本信息

书名：高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计

定价：169.00元

作者： 林圣圭,杨银堂,高海霞,吴晓鹏,董刚

出版社：国防工业出版社

出版日期：2017-12-01

ISBN：9787118113464

字数：

页码：520

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》系统地介绍了三维集成电路设计所涉及的一些问题，包括物理设计自动化、结构、建模、探索、验证等，分成五部分，共20章。部分为三维集成电路设计方法及解决方案，主要讨论硅通孔布局、斯坦纳布线、缓冲器插入、时钟树、电源分配网络；第二部分为三维集成电路的电可靠性设计，主要讨论硅通孔-硅通孔耦合、电流聚集效应、电源完整性、电迁移失效机制；第三部分为三维集成电路的热可靠性设计，主要讨论热驱动结构布局、门级布局、微流通道散热问题；第四部分为三维集成电路的机械可靠性设计，主要分析全芯片和封装级机械应力、机械应力对时序的影响、硅通子L界面裂纹；第五部分为三维集成电路设计的其他方面，主要讨论利用单片三维集成实现超高密度逻辑的方法、硅通孔按比例缩小问题，并给出一个三维大规模并行处理器设计实例。
　　《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》可作为高等院校微电子技术、电路与系统等专业高年级本科生和研究生的教材或参考书，也可作为从事三维集成电路设计的相关技术人员的参考资料。

目录

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部分 高性能低功耗三维集成电路设计
章 三维集成电路的硅通孔布局
1．1 引言
1．2 研究现状
1．3 基础知识
1．3．1 三维集成电路设计
1．3．2 大允许硅通孔数
1．3．3 小硅通孔数
1．3．4 线长和硅通孔数的折衷
1．4 三维集成电路物理设计流程
1．4．1 划分
1．4．2 硅通孔插入和布局
1．4．3 布线
1．5 三维全局布局算法
1．5．1 力驱动布局简介
1．5．2 三维布局算法简介
1．5．3 三维集成电路中的单元布局
1．5．4 硅通孔位置原理中硅通孔的预布局
1．5．5 三维节点的线长计算
1．6 硅通孔分配算法
1．6．1 硅通孔分配算法的佳解
1．6．2 基于MST的硅通孔分配
1．6．3 基于布局的硅通孔分配
1．7 实验结果
1．7．1 线长和运行时间比较
1．7．2 金属层和硅面积比较
1．7．3 线长和硅通孔数折衷
1．7．4 线长，管芯面积和管芯数折衷
1．7．5 硅通孔协同布局与硅通孑L位置对照
1．7．6 硅通孔尺寸影响
1．7．7 时序和功耗比较
1．8 结论
参考文献
第2章 三维集成电路斯坦纳布线
2．1 引言
2．2 研究现状
2．3 基础知识
2．3．1 问题表述
2．3．2 研究方法简介
2．4 三维斯坦纳树构建
2．4．1 算法简介
2．4．2 计算连接点和硅通孔位置
2．4．3 延时方程优化
2．5 采用硅通孔重布局进行三维树精化
2．5．1 算法简介
2．5．2 可移动范围
2．5．3 简化热分析
2．5．4 非线性规划
2．5．5 整数线性规划
2．5．6 快速整数线性规划
2．6 实验结果
2．6．1 实验参数
2．6．2 树构建结果
2．6．3 延时和线长分布
2．6．4 硅通孔重布局结果
2．6．5 硅通孔尺寸和寄生效应影响
2．6．6 键合类型影响
2．6．7 两管芯和四管芯叠层比较
2．7 结论
附录
参考文献
第3章 三维集成电路的缓冲器插入
3．1 引言
3．2 问题定义
3．3 研究动机宴例
……

第二部分 三维集成电路设计中的电可靠性
第三部分 三维集成电路设计中的热可靠性
第四部分 三维集成电路设计的机械可靠性
第五部分 其他论题
缩略语

作者介绍

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文摘

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序言

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精密硅芯：引领下一代计算的革命 简介 在日新月异的科技浪潮中，计算能力的提升与能耗的控制，以及系统稳定性的保障，始终是驱动各领域发展的核心命题。从掌上智能设备到庞大的数据中心，从嵌入式系统到高性能计算集群，对集成电路（IC）的性能要求越来越严苛，而同时，功耗和可靠性也成为不容忽视的关键瓶颈。本书《精密硅芯》正是聚焦于这一时代挑战，深入剖析当前三维集成电路（3D IC）设计领域最前沿的理论与实践，为读者提供一套系统、详尽、且极具前瞻性的解决方案。 本书并非简单罗列技术细节，而是站在全局视角，将高性能、低功耗、高可靠这三大核心目标有机地结合起来，从概念的源头到落地的应用，层层剥茧，娓娓道来。我们不回避当下技术发展所面临的复杂性，反而将其视为创新的契机，旨在帮助读者构建起对3D IC设计更为深刻、全面的理解。 内容概述 第一部分：三维集成电路设计的基石与演进 本部分将为读者奠定坚实的基础，深入探讨3D IC设计的基本概念、发展历程以及其相较于传统二维集成电路的独特优势。我们将解析不同类型的3D IC架构，例如堆叠芯片（Stacking）、硅中介层（Silicon Interposer）以及多芯片模块（MCM），详细阐述它们在结构、互连方式和性能表现上的差异。 从二维到三维的飞跃： 详细阐述摩尔定律的局限性，以及3D IC如何成为突破这一局限性的关键。分析3D IC在减小芯片尺寸、缩短互连长度、提升通信带宽以及降低功耗方面的内在优势。 多维度架构解析： 深入研究TSV（Through-Silicon Via）等三维互连技术的原理、制造挑战与优化策略。解析不同堆叠方式（例如DICE-to-WAFER, WAFER-to-WAFER）的优劣势，以及其在特定应用场景下的适用性。 性能的几何级提升： 通过理论模型与实际案例，展示3D IC在数据传输速度、信号完整性以及并行处理能力上的指数级增长潜力。 第二部分：高性能设计的艺术与科学 高性能是3D IC设计的核心驱动力之一。本部分将聚焦于如何在三维空间中最大化计算性能，涵盖从微架构设计到系统级的优化策略。 精巧的微架构： 探讨如何通过优化核心设计、缓存层次结构以及指令流水线，在有限的三维空间内实现更高的计算吞吐量。分析大规模并行处理在3D IC架构中的实现方式，例如多核处理器、GPU以及AI加速器的协同设计。 高效的互连网络： 深入研究3D网络单片（3D Network-on-Chip, 3D NoC）的设计原理和优化技术。分析如何通过分层、分区域的互连拓扑，最小化通信延迟，解决“通信瓶颈”问题。我们将详细介绍各种路由算法、流控机制以及交换器设计，以应对日益增长的片上通信需求。 数据流与任务调度： 探讨如何在3D IC环境中实现高效的数据流管理和任务调度。分析如何根据不同处理单元的特性，将计算任务合理分配，最大化资源利用率，避免数据冗余和不必要的传输。 先进的制造工艺与技术： 介绍3D IC设计中涉及的先进制造工艺，例如先进的光刻技术、薄晶圆处理、TSV制造与封装技术。分析这些工艺对性能的影响，以及如何通过工艺协同设计来进一步提升芯片性能。 第三部分：低功耗的智慧与实践 在移动化、智能化日益普及的今天，低功耗已成为衡量集成电路设计成功与否的关键指标。本部分将深入探讨如何在3D IC设计中实现功耗的大幅降低，为设备的续航能力和可持续发展提供坚实支撑。 从源头到系统级的功耗优化： 详细分析3D IC中功耗的来源，包括动态功耗（开关功耗）和静态功耗（漏电功耗）。介绍从晶体管级、门级、架构级到系统级全方位的功耗优化策略。 高效的电源管理： 探讨先进的电源管理技术，例如动态电压频率调整（DVFS）、低功耗状态（Power Gating）、以及多电压域设计。分析如何在3D IC中实现更精细、更高效的电源控制，以适应不同应用场景的功耗需求。 精益的互连设计： 深入分析互连线长度和电容对功耗的影响。介绍如何通过优化布线策略、使用低功耗金属材料以及引入信号缓冲器等技术，降低互连功耗。 热管理与功耗协同： 功耗与散热密切相关。本部分将分析3D IC设计中由于堆叠结构带来的散热挑战，并探讨如何通过热感知设计、散热材料选择以及风扇/液冷等散热方案，实现功耗与散热的协同优化，避免过热导致的性能下降和可靠性问题。 低功耗架构设计： 介绍专为低功耗设计的微架构，例如使用精简指令集（RISC）、采用节能型缓存设计以及优化分支预测等技术。 第四部分：高可靠性的保障与挑战 对于任何关键应用而言，高可靠性都是不容妥协的要求。本部分将聚焦于3D IC设计中的可靠性问题，并提供一套全面的解决方案，确保芯片在各种复杂环境下都能稳定运行。 失效模式与分析： 详细分析3D IC设计中特有的可靠性失效模式，例如TSV的可靠性问题、堆叠层之间的互连失效、以及热应力导致的机械损伤。介绍可靠性分析方法，例如加速寿命测试（ALT）、故障注入测试（FIT）以及统计建模。 鲁棒的电路设计： 探讨如何在电路设计层面提升可靠性，例如采用冗余设计、纠错码（ECC）、以及抗干扰设计技术。介绍如何通过电源滤波、信号去耦等方法，提高电路对噪声和干扰的鲁棒性。 先进的封装与互连可靠性： 深入研究3D IC的先进封装技术，例如晶圆级封装（WLP）、凸点阵列封装（BGA）以及扇出型晶圆级封装（FOWLP）。分析这些封装技术对可靠性的影响，以及如何通过优化键合工艺、材料选择和应力缓解来提高封装可靠性。 可靠性设计与验证： 介绍可靠性设计流程，包括可靠性目标设定、可靠性建模、以及可靠性仿真与测试。探讨如何通过系统级的可靠性验证，确保整个3D IC系统在各种工况下的稳定运行。 热应力与机械应力管理： 详细分析由于不同材料热膨胀系数差异以及制造过程引入的应力，可能对3D IC造成的损伤。介绍如何通过材料选择、结构设计以及应力缓冲层等技术，有效管理和缓解这些应力。 第五部分：应用前沿与未来展望 本部分将把理论与实践相结合，通过分析3D IC在各个关键领域的应用案例，展望其未来的发展趋势，为读者提供前瞻性的洞察。 高性能计算与数据中心： 分析3D IC在提升服务器性能、降低数据中心能耗方面的潜力。探讨其在AI训练、大数据分析、高性能仿真等领域的应用前景。 移动通信与物联网： 剖析3D IC如何在智能手机、可穿戴设备以及各类物联网传感器中实现更小的体积、更低的功耗和更强大的功能。 自动驾驶与智能汽车： 探讨3D IC在车载计算、传感器融合以及决策控制等方面的关键作用，以及其为实现更高安全性和更强性能所带来的变革。 医疗健康与科学研究： 分析3D IC在高性能医学成像、基因测序以及前沿科学计算中的应用，以及其为推动人类健康和科学进步带来的机遇。 面临的挑战与未来方向： 总结3D IC设计中仍需克服的技术难题，例如成本、良率、标准统一以及互操作性等。展望3D IC与异构计算、存内计算（In-Memory Computing）等新兴技术的融合，以及其在未来计算架构中的演进方向。 本书特点 理论与实践并重： 本书不仅深入浅出地阐述了3D IC设计的理论基础，更结合了大量的实际案例和工程经验，帮助读者理解如何在实际设计中应用这些理论。 系统性与全面性： 从宏观的架构设计到微观的晶体管级别，从设计到制造、封装，本书几乎涵盖了3D IC设计的所有关键环节，为读者提供了一个完整的知识体系。 前瞻性与启发性： 本书着眼于3D IC的未来发展趋势，探讨了可能遇到的挑战和机遇，旨在启发读者进行更深入的研究和创新。 专业性与可读性兼顾： 本书力求以清晰、严谨的语言，向读者阐述复杂的3D IC设计概念，即使是初学者也能逐步掌握核心内容，同时为资深工程师提供深入的参考。 目标读者 本书适合集成电路设计工程师、微电子专业的研究生、对高性能计算、低功耗设计、高可靠性系统感兴趣的科研人员，以及希望深入了解下一代计算硬件发展的技术爱好者。 《精密硅芯》将是您在三维集成电路设计领域探索和创新的宝贵指南，助您掌握驱动未来科技发展的核心技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书名《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》直击了当前IC设计领域的核心痛点和未来发展方向。我是一名在行业内从事技术推广和市场分析工作多年的资深人士，对于能够引领技术潮流的书籍，我总是给予高度关注。三维集成电路作为一种颠覆性的技术，其在性能、功耗和可靠性上的潜力是巨大的，但同时也伴随着前所未有的设计和制造挑战。我希望这本书能够深入剖析三维集成电路在实现高性能方面所采用的创新架构和互连技术，比如3D NoC（网络在芯片）的设计优化，以及如何通过异构计算单元的集成来提升整体算力。同时，对于低功耗的实现，我期待书中能介绍如何通过精细化的电源域划分、低功耗IP集成以及先进的功耗感知调度算法来达到极致的能效比。而“高可靠性”在三维堆叠中更是至关重要，我希望了解书中关于热应力管理、跨层信号完整性、以及如何通过设计冗余和先进的故障预测与诊断技术来保障系统的长期稳定运行。如果书中能包含对未来技术趋势的展望，以及对相关产业生态的分析，那将极大地丰富我对这一领域的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》听起来就非常有分量，它触及了当下集成电路设计领域最核心的三大发展方向。我是一名对电子工程领域充满好奇心的大学生，对于正在飞速发展的半导体技术，我总是希望能有系统性的学习资源。虽然我可能还没有完全掌握复杂的工程细节，但我对三维集成电路的概念非常感兴趣，比如它如何利用“深度”来实现更强大的功能，以及这种新的架构会带来哪些意想不到的优势和挑战。我希望这本书能够以一种循序渐进的方式，从基础概念讲起，让我能够理解三维集成电路的基本原理，包括其物理结构、设计挑战以及与传统设计的区别。同时，对于高性能、低功耗和高可靠性这三个目标，我也希望能了解它们是如何在三维设计中协同实现的，比如是否存在一些通用的设计原则或技术可以同时满足这些需求。如果书中能配有清晰的示意图和简化的例子，帮助我理解复杂的概念，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个在IC设计领域摸爬滚打多年的工程师来说，一本能够真正解决实际问题的书籍是极具价值的。我每天的工作都围绕着如何优化电路性能，降低能耗，以及确保产品在各种严苛环境下都能稳定运行。三维集成电路作为下一代芯片制造的主流趋势，其设计复杂度和挑战性远超传统的二维平面结构。我非常希望这本书能够提供一些切实可用的设计方法论和工程实践经验。例如，在高性能方面，书中是否会详细介绍如何通过并行计算、新型互连技术或者异构计算单元的集成来最大化芯片的处理能力？在低功耗方面，我期望看到关于动态电压频率调整（DVFS）、低功耗单元设计、以及先进的睡眠模式策略的讨论。而对于高可靠性，这更是至关重要的一环，我希望能学习到如何应对热点问题、时序收敛的挑战、以及如何通过冗余设计、错误检测与纠正机制来提升器件的可靠性。如果书中能够涵盖相关的EDA工具支持，以及在具体设计流程中的应用指导，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《高性能，低功耗，高可靠三维集成电路设计》本身就点明了其核心关注点，令人对接下来的内容充满期待。我是一名对前沿半导体技术领域颇感兴趣的研究生，在选择学习资料时，通常会着重考察其理论深度、技术前瞻性以及与实际工程应用的结合程度。虽然我还未开始深入阅读，但仅仅从书名就能感受到作者在设计理念上的宏大愿景。在当今摩尔定律逐渐放缓的背景下，如何通过创新的设计方法突破传统二维集成电路的瓶颈，实现性能的飞跃，同时又兼顾日益严苛的功耗限制和对系统稳定性的高要求，这无疑是行业内普遍面临的重大挑战。我尤其关注书中是否会深入探讨三维集成电路的独特架构优势，比如更短的互连线带来的速度提升，以及如何在堆叠过程中有效管理散热和功耗，同时又要确保多层结构在长期运行中的物理和电气可靠性。如果书中能够提供详实的案例分析，或者是对前沿材料、制造工艺在三维设计中的应用进行深入剖析，那将极大地拓宽我的视野，为我的科研方向提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的经验来看，一本以“高性能”、“低功耗”、“高可靠”为关键词的书籍，其内容必然是围绕着解决实际工程难题展开的。我是一名在功耗管理领域有着多年经验的工程师，深知在有限的能源预算下实现高性能的难度。三维集成电路的设计，无疑将功耗管理和散热问题推向了新的高度。我非常期待书中能够详细阐述三维结构中功耗分布的特点，以及如何通过精细化的电源管理技术，如动态功耗门控、细粒度电压调节等，来有效控制整体功耗。同时，对于高性能的设计，我也会关注书中是否会探讨如何优化三维堆叠带来的新型互连延迟，以及如何利用局部并行性和异构计算来提升吞吐量。而“高可靠性”在多层堆叠的复杂结构中尤其关键，我希望能学习到书中关于热可靠性、机械应力、以及跨层通信可靠性的相关解决方案。如果书中能够提供一些量化的分析方法和仿真工具的应用指南，那将对我非常有帮助。