3D集成電路設計 EDA、設計和微體係結構 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝源等 著

圖書標籤:

• 3D集成電路
• EDA
• 設計
• 微體係結構
• 集成電路
• 電子設計自動化
• 半導體
• 機械工業齣版社
• 電路設計
• 微電子

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111526056

商品編碼：29477266323

包裝：平裝

齣版時間：2016-03-01

基本信息

書名：3D集成電路設計 EDA、設計和微體係結構

定價：79.00元

作者：謝源等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-03-01

ISBN：9787111526056

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頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本書是3D設計領域的綜述，重點在於使3D技術被采納的EDA工具和算法，實施架構和在未來的、潛在的3D係統設計。本書旨在為讀者提供全麵的認識，主要介紹瞭以下內容：?3D 集成電路技術是一種有效的設計方法，使得芯片工業能夠沿著性能提高的道路繼續發展。?3D集成電路技術的工藝介紹。?3D集成電路技術麵臨的特殊的關於EDA的挑戰，以及解決方法和實踐。?使用3D技術的優勢。?架構和係統級設計問題。?3D集成電路設計的成本。

內容提要

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本書全麵地介紹瞭3D集成電路設計相關的前沿技術，章節之間有側重也有聯係。章首先通過處理器與存儲器速度差異造成的訪問速度問題，引入瞭3D集成電路産生的原因和存在的問題。第2章介紹瞭3D集成電路製造相關的基本工藝問題。針對3D集成電路遠比平麵集成電路嚴重的散熱問題，在第3章總結瞭相關的熱分析和電源傳輸設計方法，簡述瞭解決相關瓶頸問題的方案。隨後，本書走嚮設計層麵，在第4章介紹瞭帶有2D塊和3D塊的3D布局規劃算法。在第5章介紹瞭幾種基於熱分析的3D全局布局技術，並通過實驗結果比較瞭多種3D布局技術。第6章針對的是3D集成電路的布綫，介紹瞭基於熱分析的3D布綫和熱通孔插入技術。第7章介紹瞭重排傳統的2D微處理器模塊的方法，對不同設計技術、方法進行瞭討論。接下來，本書繼續提升設計層次，在第8章討論瞭3DNoC的設計，包括多種網絡拓撲結構和3D片上路由器設計。第9章介紹瞭高能效服務器設計的3D架構研究。0章對3D集成電路技術潛在的成本優勢進行瞭係統級分析與設計探索。

目錄

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目 錄譯者序原書序原書前言章 介紹 1 參考文獻 11 第2章 3D集成電路工藝考量 12 2.1 介紹 12 2.2 背景:3D集成技術的初期需求 13 2.3 影響3D設計藝術狀態的工藝因素 14 2.3.1 各層的堆疊方嚮:正麵對背麵與正麵對正麵 14 2.3.2 層間對準:層間互連誤差 15 2.3.3 鍵閤界麵設計 17 2.3.4 矽通孔維度:設計點選擇 19 2.3.5 通孔工藝集成和通孔類型的重新分類 21 2.4 總結 23 參考文獻 24 第3章 三維 （3D） 芯片的熱和電源傳輸挑戰 26 3.1 介紹 26 3.2 三維集成電路中的熱問題 27 3.2.1 熱PDE 27 3.2.2 穩態熱分析算法 28 3.2.3 有限元法（FEM） 30 3.2.4 三維電路熱優化 33 3.3 三維芯片中的電源傳輸 34 3.3.1 電源傳輸基礎 34 3.3.2 三維芯片電源傳輸:模型和挑戰 35 3.3.3 控製PSN噪聲的設計技術 39 3.3.4 控製PSN噪聲的CAD技術 43 3.4 結論 46 參考文獻 46 第4章 熱敏感3D布局規劃 50 4.1 介紹 50 4.2 問題說明 51 4.2.1 含二維塊的三維布局規劃 51 4.2.2 含三維塊的三維布局規劃 52 4.3 含二維塊的三維布局規劃錶示法 53 4.3.1 二維錶示法的基本錶示 53 4.3.2 不同錶示法的分析 57 4.4 含三維塊的三維布局規劃錶示法 61 4.4.1 三維切片樹 61 4.4.2 三維CBL 61 4.4.3 三元序列 63 4.4.4 多種錶示法的分析 65 4.5 優化技術 66 4.5.1 模擬退火 66 4.5.2 基於SA的含二維塊的三維布局規劃 66 4.5.3 基於SA的含三維塊的三維布局規劃 68 4.5.4 解析方法 70 4.6 多種三維布局規劃技術的影響 72 4.6.1 含二維塊的三維布局規劃影響 72 4.6.2 含三維塊的三維布局規劃的影響 74 4.7 總結和結論 76 附錄 摺疊3D元件設計 77 參考文獻 80 第5章 熱敏感三維 （3D） 布局 83 5.1 介紹 83 5.1.1 問題建模 83 5.1.2 現有三維布局技術總覽 85 5.2 基於分塊的技術 86 5.3 二次均勻建模技術 88 5.3.1 綫網長度目標函數 89 5.3.2 單元排布成本函數 90 5.3.3 熱分布成本函數 91 5.4 多層布局技術 92 5.4.1 三維布局流程 92 5.4.2 解析布局引擎 92 5.4.3 多層架構 96 5.5 基於變換的技術 97 5.5.1 本地堆疊轉換方法 98 5.5.2 摺疊轉換方法 98 5.5.3 基於窗口的堆疊/摺疊轉換方法 99 5.6 閤法化和詳細布局技術 100 5.6.1 粗閤法化 100 5.6.2 詳細閤法化 101 5.6.3 通過R圖的層指定 103 5.7 三維布局流程 104 5.8 多種三維布局技術的影響 104 5.8.1 綫網長度和TSV數目的摺中 105 5.8.2 熱優化的影響 110 5.9 三維布局對綫網長度和中繼器使用的影響 111 5.9.1 二維/三維布局器和中繼器估計 112 5.9.2 實驗設置和結果 112 5.10 總結和結論 114 參考文獻 115 第6章 三維 （3D） 集成電路中的熱通孔插入和熱敏感布綫 118 6.1 介紹 118 6.2 熱通孔 118 6.3 把熱通孔插入到布局後的設計 120 6.4 布綫算法 123 6.4.1 多層方式 124 6.4.2 使用綫性編程的兩段方法 126 6.5 結論 129 參考文獻 129 第7章 三維 （3D） 微處理器設計 131 7.1 介紹 131 7.2 堆疊完整模塊 132 7.2.1 三維堆疊式緩存 132 7.2.2 可選功能 135 7.2.3 係統級集成 139 7.3 堆疊功能單元模塊 139 7.3.1 移除互連綫 139 7.3.2 對矽通孔的要求 141 7.3.3 設計局限問題 142 7.4 拆分功能單元模塊 143 7.4.1 三維緩存結構的摺中 143 7.4.2 運算單元的三維分拆 148 7.4.3 三維加法器 148 7.4.4 接口單元 150 7.5 結論 151 參考文獻 153 第8章 三維 （3D） 片上網絡架構 155 8.1 介紹 155 8.2 片上網絡的簡要介紹 156 8.2.1 NoC拓撲 156 8.2.2 NoC路由設計 158 8.2.3 NoC設計的更多信息 158 8.3 三維NoC架構 159 8.3.1 對稱的NoC路由設計 159 8.3.2 三維（3D）NoC總綫混閤路由設計 161 8.3.3 真三維（3D）路由設計 162 8.3.4 按維度分解NoC路由設計 164 8.3.5 多層三維NoC路由設計 164 8.3.6 三維NoC拓撲設計 165 8.3.7 三維工藝對NoC設計的影響 166 8.4 使用三維NoC架構的多處理器芯片設計 166 8.4.1 三維二級緩存在CMP架構上的堆疊 167 8.4.2 dTDMA總綫作為通信支柱 168 8.4.3 三維（3D）NoC總綫混閤路由架構 169 8.4.4 處理器和二級緩存組織 170 8.4.5 緩存管理策略 170 8.4.6 方法學 172 8.4.7 結果 173 8.5 結論 176 參考文獻 176 第9章 PicoServer:使用三維 （3D） 堆疊技術建立能源效率服務器 179 9.1 介紹 179 9.2 背景 182 9.2.1 服務器平颱 182 9.2.2 三維堆疊技術 184 9.2.3 DRAM技術 186 9.3 方法 186 9.3.1 仿真研究 186 9.3.2 估算功率及麵積 189 9.4 PicoSever架構 191 9.4.1 核心架構和多綫程的影響 192 9.4.2 寬共享總綫架構 193 9.4.3 片上DRAM架構 194 9.4.4 一個CMP架構的多NIC需求 198 9.4.5 在三維堆疊中的熱考慮 198 9.4.6 將閃存集成到PicoServer的影響 200 9.5 結果 205 9.5.1 整體錶現 205 9.5.2 總體功率 208 9.5.3 能源效率的帕纍托（Pareto）圖 209 9.6 結論 212 參考文獻 212 0章 係統級三維 （3D） 集成電路成本分析與設計探索 216 10.1 介紹 216 10.2 三維集成電路的早期設計評估 217 10.2.1 “蘭特規則”的初探 217 10.2.2 芯片麵積和金屬層估計 218 10.2.3 TSV技術的影響 219 10.3 三維（3D）成本模型 220 10.4 係統級三維IC設計探索 223 10.4.1 評估TSV對芯片麵積的影響 223 10.4.2 三維（3D）IC中減少金屬層的潛力 223 10.4.3 鍵閤工藝:D2W或W2W 224 10.4.4 成本與三維層數 225 10.4.5 異構堆疊 226 10.5 成本驅動型的三維設計流程 227 10.5.1 案例分析:兩層OpenSPARC T1三維處理器 229 10.6 交互對稱設計的三維掩膜版的重復使用 230 10.7 結論 231 參考文獻 231

作者介紹

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本書的作者都是3D集成電路研究領域的專傢，Yuan Xie教授就職加利福尼亞大學聖巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）。由於他在3D集成電路架構和設計自動化上的突擊貢獻, 在2015年獲選美國電氣與電子工程師協會會士。Jason Cong教授現為加利福尼亞大學洛杉磯分校計算機係教授，係主任，北京大學客座教授。他於2001年獲選美國電氣與電子工程師協會會士。Sachin Sapatnekar教授在明尼蘇達大學就職，曾任IEEE transaction of CAD主編，美國電氣與電子工程師協會會士。

文摘

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序言

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深入探索集成電路設計與微體係結構的前沿領域 在信息技術飛速發展的浪潮中，集成電路（IC）作為現代電子設備的核心，其設計與製造的復雜性與日俱增。從最初簡單的邏輯門電路，到如今集成瞭數十億晶體管的超大規模集成電路（VLSI），IC設計已經發展成為一門高度專業化且極具挑戰性的學科。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，探索3D集成電路設計、現代EDA工具的應用，以及微體係結構設計的最新進展。我們將從基礎概念齣發，逐步深入到復雜的設計流程和前沿技術，為有誌於投身於這一領域的工程師、研究人員和學生提供寶貴的指導。 第一部分：3D集成電路設計的挑戰與機遇 隨著摩爾定律的挑戰日益嚴峻，傳統2D平麵集成電路的性能提升空間逐漸受限。3D集成電路（3D IC）作為一種顛覆性的技術，通過將多個芯片層垂直堆疊並互聯，極大地提高瞭芯片的集成密度、性能和能效。然而，3D IC的設計與製造也帶來瞭諸多全新的挑戰。 3D互連技術： 垂直互連是3D IC的關鍵，其中包括通過矽通孔（TSV）、微凸點（micro-bumps）等技術實現層間的信號傳輸。我們將深入探討各種互連技術的原理、設計考量，以及它們對芯片性能和功耗的影響。例如，TSV的尺寸、密度、布局和製程都會直接影響信號的完整性、延遲和功耗。微凸點的設計則需要考慮其可靠性、電遷移和熱應力。 散熱管理： 隨著集成密度的增加，3D IC的散熱問題變得尤為突齣。垂直堆疊的結構使得熱量難以有效散發，可能導緻局部過熱，影響器件壽命和性能。本書將詳細介紹3D IC的散熱挑戰，並探討各種散熱解決方案，包括先進的散熱材料、冷卻技術（如微通道散熱、相變材料）以及優化堆疊結構和布局以改善熱流。 功耗和時序設計： 3D IC的功耗特性與2D IC存在顯著差異。層間互連的電阻和電容會增加額外的功耗，同時，更短的互連長度也可能帶來時序上的優勢。我們將分析3D IC的功耗建模和優化方法，以及如何進行精確的時序分析和設計，以實現高性能和低功耗的目標。 測試和可靠性： 3D IC的復雜性對測試和可靠性提齣瞭更高的要求。層間互連的故障、堆疊結構的完整性以及長期的可靠性評估是設計的關鍵環節。我們將介紹3D IC的測試策略、故障模型和可靠性分析技術，幫助讀者構建更加魯棒的設計。 設計流程和工具： 3D IC的設計流程與2D IC有很大不同，需要專門的EDA工具來支持。本書將介紹支持3D IC設計的EDA工具鏈，包括物理設計、布局布綫、時序分析、功耗分析和熱分析等各個環節，幫助讀者熟悉3D IC的設計流程。 第二部分：先進EDA工具在集成電路設計中的應用 電子設計自動化（EDA）工具是現代集成電路設計的基石。隨著IC設計的復雜性不斷提升，EDA工具的功能也日益強大和智能化，能夠幫助設計者高效地完成從概念到芯片流片的整個過程。 邏輯綜閤與驗證： 邏輯綜閤是將高層級的行為級描述轉化為門級網錶的過程。我們將介紹各種邏輯綜閤算法和技術，以及如何優化綜閤結果以滿足性能、麵積和功耗約束。同時，功能驗證是確保設計正確性的關鍵環節，我們將探討基於仿真、形式驗證和混閤驗證等技術，以及如何構建高效的驗證平颱。 物理設計與版圖生成： 物理設計是將邏輯網錶轉化為可製造的物理版圖的過程，包括布局（placement）和布綫（routing）。我們將深入講解布局算法的原理，如標準單元布局、宏模塊布局，以及如何優化布局以最小化布綫長度和提高時序性能。布綫是另一項關鍵任務，我們將探討不同布綫算法（如全局布綫、詳細布綫），以及如何處理擁塞、時序違例和信號完整性問題。 時序分析與功耗優化： 精確的時序分析是確保芯片在目標頻率下正常工作的關鍵。本書將介紹靜態時序分析（STA）的原理和方法，以及如何識彆和修復時序違例。同時，功耗是製約芯片性能和延長電池壽命的重要因素。我們將深入探討靜態功耗和動態功耗的分析方法，以及各種功耗優化技術，如時鍾門控、動態電壓頻率調整（DVFS）和低功耗工藝技術。 信號完整性與電源完整性分析： 隨著信號速率的提高和集成度的增加，信號完整性（SI）和電源完整性（PI）問題變得越來越重要。我們將分析串擾、反射、損耗等SI效應，並介紹相應的優化技術，如差分信號、端接電阻和阻抗匹配。對於PI，我們將探討電源噪聲、壓降和地彈等問題，以及如何通過電容去耦、電源網絡設計來保證穩定的電源供應。 設計規則檢查（DRC）與物理驗證： DRC是確保設計符閤半導體製造工藝規則的過程，防止製造缺陷。我們將介紹常見的DRC規則，以及如何使用EDA工具進行自動化的DRC檢查。物理驗證還包括版圖與原理圖一緻性檢查（LVS）和提取寄生參數等，確保版圖的準確性和可製造性。 第三部分：微體係結構設計的演進與前沿 微體係結構是CPU或處理器的內部組織和設計，決定瞭其指令集體係結構（ISA）如何被執行。一個優秀的微體係結構設計能夠顯著提升處理器的性能、效率和功耗特性。 指令集體係結構（ISA）與微體係結構的關係： 我們將首先探討ISA與微體係結構之間的密切關係，理解ISA如何定義瞭處理器能夠執行的指令集，而微體係結構則負責高效地執行這些指令。我們將分析RISC（精簡指令集計算機）和CISC（復雜指令集計算機）的不同設計理念，以及現代處理器如何融閤兩者的優點。 流水綫技術與亂序執行： 流水綫是提高處理器指令執行吞吐量的核心技術。我們將深入講解五級流水綫（取指、譯碼、執行、訪存、寫迴）的原理，以及可能齣現的結構衝突、數據衝突和控製衝突，並介紹解決這些衝突的技術，如轉發（forwarding）和氣泡插入（stalling）。亂序執行（Out-of-Order Execution）是現代高性能處理器的一個重要特徵，它允許處理器在不違反程序語義的前提下，改變指令的執行順序，以充分利用流水綫，隱藏延遲。我們將分析亂序執行的實現機製，包括指令緩衝、重排序緩衝（ROB）、寄存器重命名等。 緩存層次結構與內存係統： 緩存是連接高速CPU和低速主內存的橋梁，對處理器性能至關重要。本書將詳細講解多級緩存（L1、L2、L3）的設計原理、命中率和失效率的權衡，以及緩存一緻性協議（如MESI）。我們還將探討虛擬內存、TLB（Translation Lookaside Buffer）等內存管理技術，以提高內存訪問效率。 分支預測與指令預取： 分支指令（如if-else, loops）會給流水綫帶來控製衝突。分支預測器通過預測分支的走嚮，提前將正確的指令引入流水綫，從而減少流水綫停頓。我們將介紹各種分支預測技術，如靜態預測、動態預測（兩級自適應預測、GShare）和混閤預測。指令預取則是在需要之前就將指令加載到緩存中，進一步提高取指效率。 多核處理器與並行計算： 隨著單核處理器性能提升的瓶頸，多核處理器已成為主流。我們將探討多核處理器的設計挑戰，如核心間通信、緩存一緻性、任務調度和功耗管理。並行計算的概念和策略也將被引入，幫助讀者理解如何利用多核優勢提升整體計算能力。 指令集擴展與專用處理器： 為瞭滿足特定應用的需求，現代處理器通常會引入指令集擴展，如SIMD（單指令多數據）指令集（SSE、AVX）以加速嚮量運算。此外，我們也可能看到GPU（圖形處理器）、DSP（數字信號處理器）等專用處理器的興起，它們在特定領域提供卓越的性能。 本書將理論與實踐相結閤，通過深入淺齣的講解，幫助讀者建立起對3D集成電路設計、EDA工具應用和微體係結構設計的係統性認識。我們力求內容詳實，貼閤當前技術發展的前沿，為讀者鋪就一條通往集成電路設計領域的堅實道路。

評分☆☆☆☆☆

剛拿到這本書，迫不及待地翻閱起來。作為一個在半導體行業摸爬滾打多年的老兵，對EDA工具的演進和集成電路設計流程的變化深有體會。這本書的封麵設計就透著一股“硬核”氣息，厚實的紙張、精美的排版，都預示著這是一本乾貨滿滿的書。我尤其關注書裏對前沿設計方法的介紹，比如如何在高密度、高性能的3D IC封裝中實現更優化的布局布綫，以及如何利用先進的EDA技術來解決設計中的功耗、信號完整性等關鍵挑戰。書中對微體係結構部分的闡述也讓我眼前一亮，特彆是在處理並行計算、異構集成等復雜場景下的設計權衡，作者似乎給齣瞭獨到的見解。我希望能從中學習到如何將理論知識轉化為實際的設計能力，應對當前集成電路設計領域日新月異的挑戰。對於像我這樣希望不斷提升自身技術深度和廣度的工程師來說，這本書無疑是學習和進步的寶貴財富，能夠幫助我更好地理解3D IC的設計脈絡，以及在新的技術浪潮中找到自己的定位。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我對半導體設計的技術發展都保持著高度的關注。3D集成電路作為一種顛覆性的技術，其設計難度和潛在優勢都非常吸引人。這本書的內容，從EDA工具的視角切入，深入淺齣地講解瞭3D IC的設計挑戰，包括物理層麵的布局布綫、信號完整性、熱管理等方麵，以及更深層次的微體係結構設計，如何適應這種新的硬件形態。我希望能夠從書中瞭解到，當前最先進的EDA工具是如何支持3D IC的設計流程，以及在設計過程中可能會遇到哪些典型的瓶頸和解決方案。特彆是關於如何實現高效的芯片間通信和異構集成，這對我理解未來高性能計算係統的構建至關重要。這本書提供瞭一個全麵而深入的視角，幫助我理解3D IC的設計全貌，以及其對整個電子産業的深遠影響。

評分☆☆☆☆☆

在追求更高性能和更低功耗的道路上，3D集成電路無疑是下一個重要的前沿陣地。這本書的齣現，為我提供瞭一個深入瞭解這一領域的機會。我尤其對書中關於EDA工具在3D IC設計中的應用和創新充滿瞭期待，瞭解如何利用更先進的工具來應對設計上的復雜性，例如跨層信號完整性問題、熱分布不均等挑戰。同時，書中對微體係結構設計的闡述，也讓我對如何為3D IC量身定製更優化的處理器和互連方案有瞭更深的認識。我想瞭解，這種新的硬件設計範式，將如何影響未來的計算能力，以及我們在軟件層麵如何更好地與之協同。這本書不僅僅是關於技術實現，更是一種對未來計算模式的探索。對於我而言，這本書是打開3D IC設計大門的鑰匙，讓我能夠更好地理解並應對未來的技術挑戰。

評分☆☆☆☆☆

作為一名軟件開發工程師，雖然不直接參與硬件設計，但對底層硬件的理解程度，往往能極大地影響軟件的性能和優化方嚮。這本書關於3D集成電路設計的視角，從EDA工具到微體係結構，都提供瞭寶貴的信息。我尤其關注書中對功耗和性能之間權衡的討論，以及如何在有限的空間內最大化計算能力。那些關於如何設計更高效的互連網絡，以及如何優化數據流以減少延遲的章節，對我理解現代處理器的工作原理大有裨益。我想瞭解，這些3D IC的設計理念，如何影響著我們現在使用的各類電子設備，以及未來可能的應用場景。書中對微體係結構創新的探討，也讓我對未來的計算架構有瞭更深的想象。這本技術書籍，不僅是硬件工程師的案頭必備，對於任何對計算技術未來發展感興趣的從業者來說，都具有重要的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣現，恰逢其時，因為3D集成電路作為下一代計算硬件的關鍵技術，其設計復雜度和挑戰性都在呈指數級增長。我一直對如何將多個芯片堆疊起來，並在三維空間內進行高效互聯充滿好奇。書中對EDA工具鏈的深入剖析，特彆是那些專門針對3D IC設計的算法和技術，讓我對其設計流程的細緻之處有瞭更清晰的認識。從物理設計到驗證，每一個環節都需要精密的考量和高效的工具支持。我特彆感興趣的是書中關於跨層通信和熱管理的設計策略，這在傳統的2D設計中相對不那麼突齣，但在3D IC中卻至關重要。同時，微體係結構部分所探討的如何為3D IC量身定製指令集架構和處理器設計，也給我帶來瞭很多啓發，這不僅僅是硬件層麵的堆疊，更是對整個計算係統的一次重塑。我希望通過這本書，能夠掌握更多實用的設計技巧，為未來高性能、低功耗的計算芯片設計打下堅實的基礎。