{RT}低功耗集成电路-张锋,沈海华,陈铖颖 科学出版社 9787030500427 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

张锋，沈海华，陈铖颖 著

图书标签:

• 低功耗
• 集成电路
• VLSI
• 芯片设计
• 模拟电路
• 数字电路
• 科学出版社
• 张锋
• 沈海华
• 陈铖颖

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030500427

商品编码：29779905223

包装：平装

出版时间：2017-11-01

图书基本信息
图书名称	低功耗集成电路	作者	张锋,沈海华,陈铖颖
定价	90.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030500427	出版日期	2017-11-01
字数		页码
版次	31	装帧	平装

内容简介

本书从多个角度对超大规模集成电路VLSI的低功耗设计方法进行介绍。首先，从SoC芯片的角度出发介绍大规模集成电路的低功耗来源、发展趋势及功耗的评估和验证，这部分对于理论和内容都是从数字电路系统级角度出发，针对当前大规模SoC芯片的**技术和成果进行论述。其次，从微电子的固态电路设计角度出发，较为详细地介绍亚阈值晶体管、低功耗低噪声放大器、低功耗Sigma-Delta模数转换器等晶体管电路低功耗设计原理与趋势。然后，主要介绍半导体领域的一个重要分支——存储器的高性能低功耗设计，并重点论述静态*存储器和阻变存储器两个特征明显的存储器。*后对芯片未来的低功耗技术发展趋势进行阐述。

作者简介

精彩内容敬请期待

目录

精彩内容敬请期待

编辑推荐

精彩内容敬请期待

文摘

精彩内容敬请期待

序言

精彩内容敬请期待

低功耗集成电路设计：效率与性能的协同进阶 引言： 在当今飞速发展的电子信息时代，集成电路（IC）已成为支撑各类电子设备核心的基石。从智能手机、可穿戴设备到物联网传感器、医疗监测系统，乃至高性能计算和通信基础设施，IC的性能和功能正以前所未有的速度迭代更新。然而，伴随着性能的提升，功耗问题也日益凸显。尤其是在移动设备和电池供电设备领域，功耗直接关系到续航能力、设备发热以及环境的可持续性。因此，低功耗集成电路设计已经不再是锦上添花的技术，而是决定产品市场竞争力、用户体验乃至行业发展的关键因素。 本书旨在深入探讨低功耗集成电路设计的方方面面，从理论基础到实践应用，为读者构建一个系统性的知识体系。我们将聚焦于如何在设计过程中，在满足甚至超越性能需求的前提下，最大程度地降低集成电路的功耗，实现效率与性能的协同进阶。 第一部分：低功耗设计理论基础与挑战 本部分将奠定读者理解低功耗设计所需的核心理论知识。我们将从集成电路功耗的来源入手，详细分析各种功耗组成部分，包括静态功耗（漏电功耗）和动态功耗（开关功耗）。通过对MOSFET器件的电学特性深入剖析，揭示影响功耗的关键参数，如阈值电压、栅氧化层厚度、氧化物漏电电流以及衬底偏置等。 接着，我们将探讨在不同的工艺节点下，功耗挑战的演变。随着晶体管尺寸的不断缩小，漏电电流的增加成为一个严峻的问题，对低功耗设计提出了新的要求。我们将分析先进工艺节点下功耗特性的变化趋势，并介绍应对这些挑战的设计策略。 此外，本部分还将介绍低功耗设计中的几个核心概念，如能效比（Energy Efficiency）、性能功耗比（Performance-per-Watt）等，并阐述它们在评估和优化设计中的重要性。我们将强调，低功耗设计并非仅仅是降低功耗，而是在满足性能指标前提下的优化，这是一种权衡与折衷的艺术。 第二部分：低功耗电路设计技术 本部分将是本书的重头戏，我们将系统地介绍各种行之有效的低功耗电路设计技术。 晶体管级低功耗技术： 多阈值电压（Multi-Vt）技术： 通过在同一芯片上使用不同阈值电压的晶体管，可以优化性能和功耗。高Vt晶体管适用于对功耗敏感的电路，而低Vt晶体管则用于对性能要求更高的关键路径。我们将详细讲解Vt的选择策略、分布以及相关的设计工具。 亚阈值（Subthreshold）/近阈值（Near-Threshold）工作： 探索在低于或接近阈值电压下工作的设计方法，这能显著降低动态功耗。我们将分析其工作原理、性能损失以及适用的场景，并介绍如何通过电路拓扑优化来克服性能瓶颈。 体偏置（Body Biasing）技术： 通过改变晶体管的衬底电压，可以动态地调节阈值电压，从而实现动态功耗优化。我们将介绍正偏置和负偏置技术，以及它们在不同工作模式下的应用。 低漏电晶体管： 介绍各种低漏电晶体管结构，如多栅晶体管（FinFET, Gate-All-Around）等，以及它们在抑制漏电方面的优势。 逻辑门级低功耗技术： 门控时钟（Clock Gating）： 这是最常用也是最有效的动态功耗降低技术之一。我们将详细讲解门控时钟的原理、实现方式（如局部时钟门控、全局时钟门控），以及其在不同设计场景下的应用技巧和潜在问题（如时钟信号延迟、功耗）。 功率门控（Power Gating）： 通过在不工作时切断电路模块的电源，可以有效降低静态功耗。我们将深入分析功率门控的设计流程，包括电源开关的选择、隔离单元的设计、上电序列的控制以及对可靠性和性能的影响。 电压/频率缩放（DVFS - Dynamic Voltage and Frequency Scaling）： 介绍如何在运行时根据应用需求动态调整工作电压和频率，从而在保证性能的同时最小化功耗。我们将探讨DVFS的实现机制、控制策略以及在系统级低功耗设计中的作用。 状态保持（State Retention）： 在进行功率门控时，如何保存和恢复寄存器的状态是关键。我们将介绍各种状态保持技术，以及它们对功耗和设计复杂度的影响。 低功耗逻辑单元设计： 介绍针对低功耗优化的标准逻辑单元库，例如低功耗触发器、多输出单元等，以及如何选择和使用这些单元。 架构级低功耗技术： 任务级和应用级低功耗优化： 探讨如何在系统软件层面进行功耗管理，例如通过智能调度、任务优先级管理、算法优化等来减少不必要的计算和数据传输。 电源域管理（Power Domain Management）： 介绍如何将芯片划分为多个独立的电源域，并对各个电源域进行独立的电源控制和功耗管理。 缓存和存储器低功耗： 缓存和存储器是功耗的重要组成部分。我们将介绍缓存组织优化、低功耗存储器单元（如低功耗SRAM）、动态功耗的降低技术（如行/列选择优化）以及访问模式的优化。 片上网络（Network-on-Chip - NoC）低功耗设计： 随着多核处理器和SoC的普及，NoC的功耗问题日益突出。我们将介绍NoC的拓扑结构选择、路由算法优化、链路和路由器的低功耗设计。 第三部分：低功耗设计流程与验证 本部分将聚焦于低功耗设计在实际工程中的应用，涵盖设计流程、工具链以及验证方法。 低功耗设计流程： 功耗预算与目标设定： 在设计初期如何进行功耗预算，并设定切实可行的低功耗目标。 自顶向下与自底向上结合： 介绍如何将低功耗设计理念贯穿于整个设计流程，从架构设计到门级网表，再到物理实现。 低功耗设计自动化工具： 介绍主流EDA（Electronic Design Automation）工具在低功耗设计中的应用，包括功耗分析工具、功耗优化工具、电源管理工具等。 功耗分析与建模： 静态功耗分析： 介绍如何使用工具进行静态功耗的估算和测量，包括漏电电流模型、工作温度的影响等。 动态功耗分析： 介绍如何进行动态功耗的测量，包括活动因子（Activity Factor）的估算、开关转换次数的统计等。 功耗建模： 介绍不同层次的功耗模型，从晶体管级模型到系统级模型，以及它们在功耗分析和优化中的作用。 低功耗验证： 功耗验证方法： 介绍如何验证设计是否满足低功耗目标，包括功能验证和功耗验证。 功耗故障注入与鲁棒性分析： 讨论在极端功耗条件下，电路的鲁棒性以及如何进行相应的测试。 功率感知形式验证（Power-aware Formal Verification）： 介绍如何将功耗约束纳入形式验证，以确保设计的正确性。 第四部分：先进低功耗技术与未来趋势 本部分将展望低功耗集成电路设计的未来发展方向。 新兴低功耗技术： 忆阻器（Memristor）等新型器件的低功耗应用： 探索新型器件在降低功耗方面的潜力。 能量收集技术（Energy Harvesting）： 讨论如何利用环境能量来为设备供电，减少对传统电池的依赖。 近似计算（Approximate Computing）： 在某些应用场景下，允许一定程度的计算误差来换取显著的功耗和性能提升。 类脑计算（Neuromorphic Computing）： 借鉴人脑的计算原理，设计更节能的计算架构。 系统级低功耗设计： 强调低功耗设计不仅仅是电路设计，更是系统级整体优化，包括硬件、软件和应用协同。 人工智能在低功耗设计中的应用： 探讨如何利用机器学习和人工智能来辅助功耗分析、优化设计决策，并实现更智能的功耗管理。 结论： 低功耗集成电路设计是一个持续发展且至关重要的领域。本书通过对理论基础、电路设计技术、设计流程与验证方法以及未来趋势的全面深入探讨，旨在为读者提供一个完整且实用的低功耗设计指南。掌握这些知识和技术，将有助于设计出更高效、更节能、更具竞争力的集成电路产品，为电子信息产业的可持续发展贡献力量。 本书适合于集成电路设计工程师、硬件开发人员、计算机体系结构研究人员以及对低功耗集成电路设计感兴趣的学生和技术爱好者阅读。希望本书能激发读者在低功耗设计领域的创新思维，推动相关技术的进一步发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的插图和图表质量达到了行业顶尖水平。很多复杂的电路结构图，如果用文字描述，很容易让人感到晦涩难懂，但在这里，每一个电路拓扑图都标注得清清楚楚，关键的电流路径和电压节点一目了然。我尤其赞赏作者们在引入新的设计范式时，总是会配上一张清晰的对比图，例如，展示传统架构和引入新技术后的功耗-性能曲线的位移。这些视觉辅助极大地降低了理解高难度概念的认知负荷。更令人称赞的是，书中大量引用的案例似乎都是作者们亲身参与过的项目经验的提炼，图表中出现的数据点和曲线走向，都有着强烈的工程现实感，这使得书中的理论不再是空中楼阁，而是植根于真实世界挑战的解决方案。这种图文并茂的呈现方式，极大地提升了学习的效率和趣味性。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在准备参加资格认证考试的工程师，我发现这本书在章节的组织结构上简直是为应试量身定制的——尽管这并非其主要目的。它的逻辑推进非常清晰，从最基本的器件级功耗优化，逐步过渡到门控（Gating）技术，再到更高级的电源管理和时钟架构。我特别喜欢它在介绍各种电源管理技术时，对各种“牺牲”与“收益”的平衡分析。例如，在讨论多电压域设计时，作者们详尽对比了电荷泵、DC-DC转换器在效率、噪声耦合和芯片面积上的不同取舍。这种对比不是简单的罗列，而是基于实际设计约束的权衡艺术。它不是简单地告诉你“用这种方法”，而是深入剖析了在不同应用场景下，哪种方法在功耗、速度和面积之间找到了最优解。这本书就像一本经验丰富的导师，在你犹豫不决时，为你摆出所有可能的路径及其背后的代价。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读门槛确实偏高，它更像是面向研究生或资深工程师的进阶参考书，而非入门级读物。但对于那些已经掌握了数字电路基础，渴望在能效比上寻求突破的读者来说，它提供的深度和广度是无与伦比的。书中对新兴的近阈值（Near-Threshold）计算和存算一体（In-Memory Computing）架构的探讨，虽然篇幅不算最长，但其前瞻性和洞察力令人印象深刻。作者们没有固步自封于成熟的技术，而是积极引导读者去思考未来十年的技术方向，比如如何应对存储器功耗的瓶颈。读完后，我感觉自己对“低功耗”的理解从一个模糊的“少用电”的概念，升华到了一个多维度、多层次的系统优化工程。它强迫你跳出单一电路块的思维定势，去思考整个系统在不同工作状态下的能耗分布，这是一种质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格极其严谨，学术气息非常浓厚，读起来需要全神贯注，绝不是那种可以轻松翻阅的休闲读物。尤其是关于动态功耗和静态功耗建模的部分，作者们采用了大量的数学推导和公式证明，每一个$eta$值、每一个阈值电压的微小变化，都对应着电路性能的巨大差异。我花了相当长的时间去消化那些关于亚阈值泄漏（Subthreshold Leakage）的章节，其中涉及到漂移-扩散电流模型、随机过程的引入，这些内容对于没有扎实的半导体物理基础的读者来说，可能需要反复阅读甚至辅以其他参考资料。但是，正是这种近乎苛刻的精确性，保证了书中内容的权威性。它没有试图用过于简化的比喻来掩盖背后的复杂性，而是直面挑战，这对于希望未来从事前沿研发工作的工程师来说，无疑是最好的训练。这本书的价值在于它教会的不是“怎么做”，而是“为什么必须这样做”。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的封面设计简约而专业，一眼就能看出它在技术深度上的追求。我一直对半导体领域，特别是低功耗设计方面抱有浓厚的兴趣，这本厚厚的书摆在桌上，就给我一种扎实可靠的感觉。我特别欣赏作者们在绪论部分对“为什么低功耗如此重要”的阐述，他们没有仅仅停留在理论层面，而是结合了移动设备、物联网爆炸性增长的现实背景，使得我们这些初学者也能迅速理解这项技术的时代意义。书中对CMOS器件特性的基础回顾部分处理得相当细致，即便是对晶体管物理特性略有了解的人，也能从中梳理出功耗与速度、面积之间复杂权衡的脉络。最让我印象深刻的是，作者们引入了一种自上而下的设计方法论，而不是单纯堆砌电路单元，这对于培养系统级的思维至关重要。阅读过程中，我感觉自己仿佛进入了一个精心构建的知识迷宫，每一步都有清晰的指引，同时又充满了等待探索的复杂细节。那种将理论与工程实践紧密结合的叙述方式，极大地激发了我深入研究的动力。