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[美] 华斯里斯 等 著

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• 三维集成电路
• 3D IC
• 集成电路设计
• 半导体
• 电子工程
• 微电子学
• 封装技术
• TSV
• 异构集成
• 先进封装

店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111433514

商品编码：29624817173

包装：平装

出版时间：2013-09-01

基本信息

书名：三维集成电路设计

定价：58.00元

作者：(美)华斯里斯 等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2013-09-01

ISBN：9787111433514

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.322kg

编辑推荐

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内容提要

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在21世纪的前十年结束时，基于三维集成技术的“摩尔定律”时代就悄然来临了。具备多个有源器件平面的三维集成电路(3一DIc)，有望提供结构紧凑、布线灵活、传输高速化且通道数多的互连结构，从而为Ic设计者们提供突破“互连瓶颈”的有效手段，而且还能够有效集成各种异质材料、器件和信号处理形式，成为三维集成技术发展的主要方向之一。本书是世界上三维集成电路设计方面的本专著，既有的理论深度，又有较高的可读性。它系统、严谨地阐释了集成电路三维集成的设计技术基础，包括3一DIC系统的工艺、互连建模、设计与优化、热管理、3一D电路架构以及相应的案例研究，提出了可以高效率解决特定设计问题的解决方案，并给出了设计方面的指南。

本书是一本的技术参考书，适用的读者范围包括：超大规模集成电路(VLSI)设计工程师，微处理器和系统级芯片的设计者以及相关电子设计自动化(EDA)软件的开发者，微机电及微系统集成方面的设计开发者，以及微电子行业中对未来技术走向高度敏感的管理者和投资者。本书也可以作为相关专业研究生的教材和教师的教辅参考书籍。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《芯片的未来：摩尔定律之外的创新之路》 内容概要： 本书并非直接探讨“三维集成电路设计”这一具体技术领域，而是将目光投向了半导体行业宏观的、跨越式的创新浪潮，以及那些驱动芯片性能持续飞跃、突破传统物理极限的根本性思路。我们将深入剖析支撑现代科技发展的半导体产业，从其历史脉络出发，展望其未来走向，重点聚焦于那些正在重塑芯片设计与制造格局的新兴理念、颠覆性技术以及前沿研究方向。本书旨在为读者描绘一幅超越摩尔定律（More than Moore）时代芯片发展的全景图，揭示下一代计算能力的诞生逻辑，以及可能引领科技革命的关键驱动力。 详细内容： 第一章：摩尔定律的余晖与挑战 回顾与反思： 详细梳理摩尔定律近半个世纪以来对信息技术产业的深刻影响，从晶体管尺寸的不断缩小到集成度的指数级增长，分析其如何推动了个人电脑、互联网、移动通信等领域的飞速发展。 物理极限的逼近： 深入探讨当前半导体制造所面临的物理瓶颈，包括量子隧穿效应、功耗墙（Power Wall）、散热难题、原子级尺寸的挑战，以及光刻技术的难度和成本不断攀升的现实。 “More than Moore”的提出与内涵： 阐述“超越摩尔定律”这一概念的缘起，解释其并非否定摩尔定律的价值，而是强调在维持甚至提升计算性能的同时，集成更多非逻辑功能（如传感器、射频、MEMS、电源管理等）到同一芯片或封装中，以实现更丰富、更强大的系统级应用。 新范式的需求： 论证在经典缩小尺寸面临困境的背景下，寻找全新的设计理念、材料科学突破、异构计算架构以及系统级优化策略的紧迫性。 第二章：计算范式的革新：从通用到专用 通用计算的局限性： 分析传统CPU（中央处理器）在处理特定任务时效率不高、功耗巨大的固有缺点，特别是在人工智能、大数据分析、图形渲染等新兴应用领域。 专用处理器的崛起： 深入探讨ASIC（专用集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）、GPU（图形处理器）等专用计算架构的演进及其在各自领域的优势。 ASIC的极致性能： 剖析ASIC如何在特定算法和应用场景下实现最高性能和最低功耗，例如在深度学习推理、加密货币挖矿、高速通信等领域。 FPGA的灵活性与可重构性： 介绍FPGA如何通过硬件层面的重构实现高度的灵活性，适应快速变化的应用需求，在通信、工业控制、科学计算等方面的重要性。 GPU的并行计算威力： 阐述GPU从图形渲染向通用计算（GPGPU）的转型，分析其海量并行处理能力如何赋能科学模拟、大数据分析、机器学习训练等。 异构计算架构： 探讨将不同类型的处理器（CPU、GPU、DSP、NPU等）集成到同一系统中，实现任务协同处理，达到整体性能和效率最优化的设计思想。分析不同计算单元之间的互联技术和通信协议。 新兴计算模型： 简要介绍类脑计算、神经形态计算等模仿生物大脑工作机制的新型计算模型，以及它们可能为未来计算带来的颠覆性变革。 第三章：材料与结构的突破：突破硅的藩篱 超越硅基材料： III-V族化合物半导体： 重点介绍砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、磷化一个（InP）等材料在高性能射频、功率电子、光通信领域的应用，以及它们相对于硅的优势（如更高的电子迁移率、更宽的禁带宽度）。 二维材料： 深入探讨石墨烯、二硫化钼（MoS2）、六方氮化硼（h-BN）等二维材料的独特电子和光学特性，以及它们在超薄晶体管、高频器件、透明电子学等方面的巨大潜力。 其他新型半导体材料： 简要介绍钙钛矿、量子点等新兴材料在光电转换、传感器等领域的应用前景。 新型晶体管结构： FinFET及其演进： 回顾FinFET（鳍式场效应晶体管）如何克服平面器件的短沟道效应，并展望其未来的发展趋势，如GAA（Gate-All-Around，全环绕栅极）晶体管，分析其如何进一步提升栅极控制能力。 垂直纳米线/纳米片晶体管： 介绍垂直结构的晶体管如何利用三维空间，提高集成密度和性能。 碳纳米管和分子电子学： 探讨利用碳纳米管和单个分子作为导电通道的可能性，以及它们在实现极小型化、低功耗计算器件方面的挑战与机遇。 光子集成与电光互连： 介绍如何利用光信号替代电信号进行信息传输，以克服电信号的传输损耗和速度限制，以及硅光子学（Silicon Photonics）等技术在实现高速、低功耗片上通信和数据中心互连中的关键作用。 第四章：封装技术的飞跃：将世界装进芯片 从SOP到先进封装： 回顾传统封装技术（如SOP、QFP、BGA）的局限性，并深入探讨先进封装（Advanced Packaging）的兴起及其重要性。 2.5D封装与3D封装： 2.5D封装： 详细介绍硅中介层（Silicon Interposer）、扇出型晶圆级封装（Fan-Out Wafer Level Packaging）等技术，分析其如何将多个裸片（Die）高密度、高带宽地连接在一起，实现系统的集成。 3D封装（垂直集成）： 重点介绍如何在垂直方向上堆叠裸片，实现更小的封装尺寸、更短的互连距离，以及更高效的功耗管理。深入探讨3D TSV（Through-Silicon Via，硅通孔）技术及其在实现多层堆叠中的关键作用。 Chiplet（小芯片）与小芯片化设计（Chipletization）： Chiplet的概念与优势： 详细阐述Chiplet（小芯片）的设计理念，即不再将整个复杂系统集成到一块巨大的裸片上，而是将其分解为多个功能相对独立的、可以独立设计和制造的小芯片，再通过先进封装技术将它们集成起来。分析Chiplet化设计带来的设计灵活性、良率提升、成本降低以及异构集成等优势。 Chiplet互连标准： 探讨UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）等Chiplet互连标准的重要性，分析其如何实现不同厂商、不同工艺制造的Chiplet之间的互联互通。 异构封装： 介绍如何将不同类型、不同工艺制造的芯片（如CPU、GPU、FPGA、AI加速器、RF模块、传感器等）集成到同一个封装中，以满足日益复杂和多样化的应用需求。 第五章：软件定义硬件的趋势与挑战 硬件的可编程性与软件的抽象层： 分析软件与硬件之间的关系如何随着技术发展而演变，从早期的硬件直接控制到现代软件对硬件的抽象和定义。 AI硬件加速的软件驱动： 探讨AI算法的快速发展如何驱动了对专用AI硬件的需求，以及软件框架（如TensorFlow, PyTorch）如何与硬件协同工作，优化AI模型的训练和推理效率。 软件定义器件（Software-Defined Devices）： 探讨未来硬件设计是否能够更加灵活地通过软件进行配置和优化，以应对多变的计算任务和环境。 设计流程与工具链的演进： 分析软件定义硬件趋势对EDA（电子设计自动化）工具链提出的新要求，包括更高级别的抽象、更智能的设计优化算法、以及更高效的仿真和验证方法。 第六章：面向未来的应用场景与产业生态 人工智能与机器学习的深度融合： 探讨AI对算力需求爆炸式增长所带来的挑战，以及下一代AI芯片（如存内计算、光学计算、量子计算芯片）的发展方向。 万物互联（IoT）与边缘计算： 分析低功耗、高集成度、安全可靠的芯片在连接海量设备、处理边缘数据方面的关键作用，以及边缘AI芯片的需求。 高性能计算（HPC）与科学模拟： 展望未来HPC对更高性能、更大内存带宽、更低功耗的需求，以及新一代CPU、GPU、加速器在其中的角色。 自动驾驶与智能交通： 介绍高性能计算、传感器融合、AI推理芯片在自动驾驶汽车中的核心地位，以及对低延迟、高可靠性芯片的要求。 虚拟现实（VR）、增强现实（AR）与元宇宙： 分析VR/AR对图形处理、低功耗、高带宽芯片的需求，以及在构建沉浸式数字世界中的关键技术。 半导体产业的生态重塑： 探讨Chiplet化、IDM（集成器件制造商）与Foundry（代工厂）、Fabless（无厂半导体公司）等不同模式的演变，以及全球半导体供应链的重构与挑战。 结论： 本书通过对半导体行业宏观趋势、计算范式革新、材料与结构突破、封装技术飞跃、软件定义硬件以及未来应用场景的深入剖析，旨在为读者勾勒出芯片产业在迈向全新发展阶段时可能面临的机遇与挑战。我们强调，未来的芯片创新将不再仅仅依赖于硅的缩小，而是需要跨学科的融合、颠覆性的思维以及开放合作的生态系统。这本书是献给所有对未来科技充满好奇，渴望理解驱动世界运转的“智慧之芯”如何不断演进的读者。

评分☆☆☆☆☆

《三维集成电路设计》这本书，对于我这样一个在光刻和蚀刻领域深耕多年的工艺工程师来说，无疑是一扇通往全新技术疆域的窗户。我一直关注着半导体制造工艺的每一个微小进步，而3D IC所带来的工艺革新和挑战，是我近来思考的焦点。我希望这本书能够深入剖析3D IC制造过程中所面临的独特工艺难题，以及相应的解决方案。 我尤其希望能看到书中关于TSV（硅通孔）制造工艺的详细介绍。TSV的精度、良率以及其对芯片性能的影响，都是我们工艺工程师需要重点关注的问题。书中是否会介绍不同TSV制作方法，如深硅刻蚀（DRIE）、激光钻孔等，以及它们在成本、效率和可靠性方面的权衡？同时，我也想了解TSV填充金属的选择、均匀性和集成度对整体良率的影响。 此外，对于堆叠工艺，如晶圆键合（Wafer Bonding）或芯片键合（Die Bonding）技术，书中是否有深入的探讨？无论是直接键合（Direct Bonding）还是介质层辅助键合，其温度、压力、洁净度等工艺参数的控制都至关重要。我希望能够从中学习到不同键合技术的优缺点，以及它们在实现高密度堆叠和可靠互连方面的考量。 我也期待书中能介绍3D IC中的重布线层（RDL）和微凸点（Micro-bumps）等关键互连技术。这些技术的精度要求极高，尤其是在多层堆叠时，如何保证信号的完整性和功耗的有效管理，是工艺设计的重要课题。书中是否会提供相关的设计指南和工艺窗口分析？ 最后，我希望《三维集成电路设计》这本书能为我们工艺工程师提供一些关于3D IC的良率提升和失效分析方面的参考。例如，如何通过工艺优化来降低TSV缺陷，如何进行可靠性测试和评估，以及如何对失效模式进行溯源和改进。这本书若能为我们带来一些实用的工艺改进思路和方法，将非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

从一个门外汉的角度，《三维集成电路设计》这本书带给我的感受是既充满挑战又令人兴奋。我一直听说芯片制造在不断突破物理极限，而3D IC似乎是将“堆叠”这个概念带入了微观世界，这本身就足够吸引我。我希望这本书能用一种比较容易理解的方式，为我解释清楚3D IC究竟是什么，它和我们现在用的普通芯片有什么本质区别。 我特别想知道，把芯片一层一层叠起来，究竟能带来什么好处？是不是就像盖楼一样，占地面积小了，但层数多了，里面的空间就能利用得更充分？书中是否会用一些形象的比喻或者图示，来解释3D IC是如何实现更高集成度和更高性能的？比如，是不是可以把不同的功能模块，比如CPU、GPU、内存等，都集成到同一个芯片里，这样它们之间的沟通就会变得非常快？ 关于3D IC的设计过程，我感觉肯定很复杂。书中会不会提到，在设计这种“立体”芯片的时候，需要用到哪些特殊的工具或者软件？还有，当这么多层芯片叠在一起的时候，它们之间是怎么连接的呢？我听说过“硅通孔”这个词，不知道书中是否会详细解释它是什么，以及它是如何工作的？以及这种连接方式会不会有什么问题，比如会不会容易发热，或者信号传导会不会受到影响？ 我对于3D IC的未来发展也充满好奇。这本书是否会预测，在不久的将来，我们会不会用到3D IC做的手机、电脑，甚至是其他电子产品？它会不会让我们的设备变得更小巧、更强大？同时，我也关心这种技术会不会很昂贵，会不会影响到普通消费者的购买力？ 总而言之，我希望《三维集成电路设计》这本书能像一本入门指南，用清晰易懂的语言，为我打开3D IC这个新世界的大门。我不想被太多的专业术语吓到，而是希望能获得对这个前沿技术有一个整体的、宏观的了解，并且能感受到它所蕴含的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

《三维集成电路设计》这本书，对我而言，不仅仅是一本技术手册，更是一种对未来计算架构的探索。作为一名资深芯片架构师，我一直在思考如何突破现有2D芯片的瓶颈，而3D IC所带来的颠覆性潜力，让我倍感振奋。我希望这本书能够从架构的层面，深入解析3D IC的设计思想和带来的机遇。 我尤其关注书中关于不同3D IC架构设计的权衡。例如，将逻辑、内存、I/O等不同功能模块进行垂直集成，如何最优地分配资源，如何设计高效的片内网络（NoC）来实现模块间的通信，以及如何管理跨层级的时钟和电源域。书中是否会提供具体的架构设计案例，分析不同架构在性能、功耗、面积和成本方面的取舍？ 此外，我希望书中能深入探讨3D IC在异构集成方面的优势。通过将不同工艺、不同材料的芯片进行集成，可以实现传统2D技术难以企肴的功能。例如，将高性能CPU与低功耗的NPU、高速DRAM以及RF模块等集成在一起。书中是否会介绍实现这种异构集成的关键技术和设计方法？ 我也期待书中能对3D IC的设计验证和测试流程进行详细的论述。3D IC的设计复杂度远高于2D IC，验证的难度也随之增加。书中是否会介绍针对3D IC特点的验证方法学，如功能验证、性能验证、功耗验证以及可靠性验证？对于测试，如何有效地对多层堆叠的芯片进行功能和性能测试，降低测试成本，也是我非常关心的问题。 最后，我希望《三维集成电路设计》这本书能够展望3D IC技术未来的发展方向。例如，在AI芯片、高性能计算、自动驾驶等前沿领域的应用前景，以及在材料、工艺、EDA工具等方面的技术演进。这本书若能为我们提供前瞻性的洞察和战略性的指导，将对我们未来的架构设计和技术路线规划具有重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

初拿到《三维集成电路设计》这本书，我心中是带着一份期待与好奇的。作为一名在模拟IC设计领域摸爬滚打多年的工程师，我深知技术更新迭代的速度，而三维集成电路（3D IC）的概念，在我看来，更是未来半导体领域一股不可忽视的力量。我期待这本书能够为我揭示3D IC设计的全貌，不仅仅是概念的介绍，更能触及到实际的设计流程、关键技术挑战，以及可能的解决方案。 我特别想了解书中关于不同3D IC堆叠技术的详细对比。例如，TSV（硅通孔）技术在不同应用场景下的优劣势，以及其在功耗、信号完整性和散热方面带来的影响。此外，对于近几年兴起的其他堆叠方式，如混合键合（Hybrid Bonding）等，书中是否有深入的探讨？我希望能够看到相关的案例分析，了解这些先进技术在实际产品中的应用情况，比如在高性能计算、移动通信或AI芯片等领域。 更重要的是，我希望能从这本书中学习到3D IC设计的系统化方法论。这包括从架构设计、逻辑综合、物理实现，到验证和测试等各个环节，与传统2D IC设计相比，3D IC有哪些独特的考量点和优化策略。例如，如何在多层芯片之间进行高效的通信和电源分配？如何处理不同工艺节点和器件在同一封装中的集成问题？书中能否提供一些具体的指导和工具链的建议？ 另外，我对3D IC的可靠性和封装技术也充满了兴趣。将多层芯片堆叠在一起，必然会带来新的可靠性挑战，例如热应力、机械应力以及TSV的缺陷等。书中是否会详细分析这些潜在的失效模式，并提出相应的预防和缓解措施？在封装方面，我也想了解适用于3D IC的先进封装技术，以及它们如何协同工作，实现高性能、高密度和高可靠性的目标。 最后，作为一个在行业一线工作的工程师，我更关心的是《三维集成电路设计》这本书的实用性和前瞻性。它是否能为我提供一些切实可行的设计技巧，帮助我应对未来工作中可能遇到的3D IC相关问题？同时，我也希望这本书能展望3D IC技术的未来发展趋势，例如在材料、制造工艺、设计自动化工具等方面的突破，从而为我未来的技术规划和学习方向提供一些启示。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注半导体产业发展动态的科技爱好者，《三维集成电路设计》这本书的名字立刻吸引了我。我一直对摩尔定律的延续和芯片性能的提升感到好奇，而3D IC无疑是实现这一目标的重要途径之一。我希望能通过这本书，深入理解3D IC技术的核心原理，以及它将如何改变我们对集成电路设计的认知。 我尤其对书中关于提升芯片性能和降低功耗的策略感兴趣。3D IC通过垂直堆叠，极大地缩短了芯片内部的互连距离，这对于提高信号传输速度和降低功耗具有显著意义。书中是否会详细阐述不同堆叠架构在性能和功耗方面的权衡，以及如何通过精细化的设计来最大化收益？比如，关于电源完整性和信号完整性在3D IC设计中的挑战，以及相应的解决方案，我对此非常期待。 此外，我希望这本书能对3D IC的设计流程和 EDA 工具链进行深入的介绍。从前端的逻辑设计到后端的物理实现，3D IC的设计流程与传统2D IC存在显著差异。书中能否提供一些关于3D IC特定设计规则、约束以及验证方法的指导？对于市面上主流的EDA工具，它们在支持3D IC设计方面有哪些特点和发展方向，我也希望能有所了解。 封装技术在3D IC中扮演着至关重要的角色，我希望书中能详细探讨这一点。例如，TSV的制造工艺、良率控制以及其对信号完整性的影响。同时，我也对先进的封装技术，如扇出型封装（Fan-out Packaging）和2.5D/3D封装等，在3D IC集成中的应用以及它们所带来的优势和挑战感兴趣。 最后，我关注3D IC技术对整个半导体产业链的影响。这本书能否分析3D IC技术在不同应用领域，如数据中心、人工智能、5G通信和消费电子等方面的潜在应用前景？以及它将如何推动半导体制造、设备和材料等相关产业的发展，我期待书中能有相关的市场分析和发展预测。