{RT}低功耗集成電路-張鋒,瀋海華,陳铖穎 科學齣版社 9787030500427 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張鋒，瀋海華，陳铖穎 著

圖書標籤:

• 低功耗
• 集成電路
• VLSI
• 芯片設計
• 模擬電路
• 數字電路
• 科學齣版社
• 張鋒
• 瀋海華
• 陳铖穎

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030500427

商品編碼：29779905223

包裝：平裝

齣版時間：2017-11-01

圖書基本信息
圖書名稱	低功耗集成電路	作者	張鋒,瀋海華,陳铖穎
定價	90.00元	齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030500427	齣版日期	2017-11-01
字數		頁碼
版次	31	裝幀	平裝

內容簡介

本書從多個角度對超大規模集成電路VLSI的低功耗設計方法進行介紹。首先，從SoC芯片的角度齣發介紹大規模集成電路的低功耗來源、發展趨勢及功耗的評估和驗證，這部分對於理論和內容都是從數字電路係統級角度齣發，針對當前大規模SoC芯片的**技術和成果進行論述。其次，從微電子的固態電路設計角度齣發，較為詳細地介紹亞閾值晶體管、低功耗低噪聲放大器、低功耗Sigma-Delta模數轉換器等晶體管電路低功耗設計原理與趨勢。然後，主要介紹半導體領域的一個重要分支——存儲器的高性能低功耗設計，並重點論述靜態*存儲器和阻變存儲器兩個特徵明顯的存儲器。*後對芯片未來的低功耗技術發展趨勢進行闡述。

作者簡介

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目錄

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編輯推薦

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文摘

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序言

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低功耗集成電路設計：效率與性能的協同進階 引言： 在當今飛速發展的電子信息時代，集成電路（IC）已成為支撐各類電子設備核心的基石。從智能手機、可穿戴設備到物聯網傳感器、醫療監測係統，乃至高性能計算和通信基礎設施，IC的性能和功能正以前所未有的速度迭代更新。然而，伴隨著性能的提升，功耗問題也日益凸顯。尤其是在移動設備和電池供電設備領域，功耗直接關係到續航能力、設備發熱以及環境的可持續性。因此，低功耗集成電路設計已經不再是錦上添花的技術，而是決定産品市場競爭力、用戶體驗乃至行業發展的關鍵因素。 本書旨在深入探討低功耗集成電路設計的方方麵麵，從理論基礎到實踐應用，為讀者構建一個係統性的知識體係。我們將聚焦於如何在設計過程中，在滿足甚至超越性能需求的前提下，最大程度地降低集成電路的功耗，實現效率與性能的協同進階。 第一部分：低功耗設計理論基礎與挑戰 本部分將奠定讀者理解低功耗設計所需的核心理論知識。我們將從集成電路功耗的來源入手，詳細分析各種功耗組成部分，包括靜態功耗（漏電功耗）和動態功耗（開關功耗）。通過對MOSFET器件的電學特性深入剖析，揭示影響功耗的關鍵參數，如閾值電壓、柵氧化層厚度、氧化物漏電電流以及襯底偏置等。 接著，我們將探討在不同的工藝節點下，功耗挑戰的演變。隨著晶體管尺寸的不斷縮小，漏電電流的增加成為一個嚴峻的問題，對低功耗設計提齣瞭新的要求。我們將分析先進工藝節點下功耗特性的變化趨勢，並介紹應對這些挑戰的設計策略。 此外，本部分還將介紹低功耗設計中的幾個核心概念，如能效比（Energy Efficiency）、性能功耗比（Performance-per-Watt）等，並闡述它們在評估和優化設計中的重要性。我們將強調，低功耗設計並非僅僅是降低功耗，而是在滿足性能指標前提下的優化，這是一種權衡與摺衷的藝術。 第二部分：低功耗電路設計技術 本部分將是本書的重頭戲，我們將係統地介紹各種行之有效的低功耗電路設計技術。 晶體管級低功耗技術： 多閾值電壓（Multi-Vt）技術： 通過在同一芯片上使用不同閾值電壓的晶體管，可以優化性能和功耗。高Vt晶體管適用於對功耗敏感的電路，而低Vt晶體管則用於對性能要求更高的關鍵路徑。我們將詳細講解Vt的選擇策略、分布以及相關的設計工具。 亞閾值（Subthreshold）/近閾值（Near-Threshold）工作： 探索在低於或接近閾值電壓下工作的設計方法，這能顯著降低動態功耗。我們將分析其工作原理、性能損失以及適用的場景，並介紹如何通過電路拓撲優化來剋服性能瓶頸。 體偏置（Body Biasing）技術： 通過改變晶體管的襯底電壓，可以動態地調節閾值電壓，從而實現動態功耗優化。我們將介紹正偏置和負偏置技術，以及它們在不同工作模式下的應用。 低漏電晶體管： 介紹各種低漏電晶體管結構，如多柵晶體管（FinFET, Gate-All-Around）等，以及它們在抑製漏電方麵的優勢。 邏輯門級低功耗技術： 門控時鍾（Clock Gating）： 這是最常用也是最有效的動態功耗降低技術之一。我們將詳細講解門控時鍾的原理、實現方式（如局部時鍾門控、全局時鍾門控），以及其在不同設計場景下的應用技巧和潛在問題（如時鍾信號延遲、功耗）。 功率門控（Power Gating）： 通過在不工作時切斷電路模塊的電源，可以有效降低靜態功耗。我們將深入分析功率門控的設計流程，包括電源開關的選擇、隔離單元的設計、上電序列的控製以及對可靠性和性能的影響。 電壓/頻率縮放（DVFS - Dynamic Voltage and Frequency Scaling）： 介紹如何在運行時根據應用需求動態調整工作電壓和頻率，從而在保證性能的同時最小化功耗。我們將探討DVFS的實現機製、控製策略以及在係統級低功耗設計中的作用。 狀態保持（State Retention）： 在進行功率門控時，如何保存和恢復寄存器的狀態是關鍵。我們將介紹各種狀態保持技術，以及它們對功耗和設計復雜度的影響。 低功耗邏輯單元設計： 介紹針對低功耗優化的標準邏輯單元庫，例如低功耗觸發器、多輸齣單元等，以及如何選擇和使用這些單元。 架構級低功耗技術： 任務級和應用級低功耗優化： 探討如何在係統軟件層麵進行功耗管理，例如通過智能調度、任務優先級管理、算法優化等來減少不必要的計算和數據傳輸。 電源域管理（Power Domain Management）： 介紹如何將芯片劃分為多個獨立的電源域，並對各個電源域進行獨立的電源控製和功耗管理。 緩存和存儲器低功耗： 緩存和存儲器是功耗的重要組成部分。我們將介紹緩存組織優化、低功耗存儲器單元（如低功耗SRAM）、動態功耗的降低技術（如行/列選擇優化）以及訪問模式的優化。 片上網絡（Network-on-Chip - NoC）低功耗設計： 隨著多核處理器和SoC的普及，NoC的功耗問題日益突齣。我們將介紹NoC的拓撲結構選擇、路由算法優化、鏈路和路由器的低功耗設計。 第三部分：低功耗設計流程與驗證 本部分將聚焦於低功耗設計在實際工程中的應用，涵蓋設計流程、工具鏈以及驗證方法。 低功耗設計流程： 功耗預算與目標設定： 在設計初期如何進行功耗預算，並設定切實可行的低功耗目標。 自頂嚮下與自底嚮上結閤： 介紹如何將低功耗設計理念貫穿於整個設計流程，從架構設計到門級網錶，再到物理實現。 低功耗設計自動化工具： 介紹主流EDA（Electronic Design Automation）工具在低功耗設計中的應用，包括功耗分析工具、功耗優化工具、電源管理工具等。 功耗分析與建模： 靜態功耗分析： 介紹如何使用工具進行靜態功耗的估算和測量，包括漏電電流模型、工作溫度的影響等。 動態功耗分析： 介紹如何進行動態功耗的測量，包括活動因子（Activity Factor）的估算、開關轉換次數的統計等。 功耗建模： 介紹不同層次的功耗模型，從晶體管級模型到係統級模型，以及它們在功耗分析和優化中的作用。 低功耗驗證： 功耗驗證方法： 介紹如何驗證設計是否滿足低功耗目標，包括功能驗證和功耗驗證。 功耗故障注入與魯棒性分析： 討論在極端功耗條件下，電路的魯棒性以及如何進行相應的測試。 功率感知形式驗證（Power-aware Formal Verification）： 介紹如何將功耗約束納入形式驗證，以確保設計的正確性。 第四部分：先進低功耗技術與未來趨勢 本部分將展望低功耗集成電路設計的未來發展方嚮。 新興低功耗技術： 憶阻器（Memristor）等新型器件的低功耗應用： 探索新型器件在降低功耗方麵的潛力。 能量收集技術（Energy Harvesting）： 討論如何利用環境能量來為設備供電，減少對傳統電池的依賴。 近似計算（Approximate Computing）： 在某些應用場景下，允許一定程度的計算誤差來換取顯著的功耗和性能提升。 類腦計算（Neuromorphic Computing）： 藉鑒人腦的計算原理，設計更節能的計算架構。 係統級低功耗設計： 強調低功耗設計不僅僅是電路設計，更是係統級整體優化，包括硬件、軟件和應用協同。 人工智能在低功耗設計中的應用： 探討如何利用機器學習和人工智能來輔助功耗分析、優化設計決策，並實現更智能的功耗管理。 結論： 低功耗集成電路設計是一個持續發展且至關重要的領域。本書通過對理論基礎、電路設計技術、設計流程與驗證方法以及未來趨勢的全麵深入探討，旨在為讀者提供一個完整且實用的低功耗設計指南。掌握這些知識和技術，將有助於設計齣更高效、更節能、更具競爭力的集成電路産品，為電子信息産業的可持續發展貢獻力量。 本書適閤於集成電路設計工程師、硬件開發人員、計算機體係結構研究人員以及對低功耗集成電路設計感興趣的學生和技術愛好者閱讀。希望本書能激發讀者在低功耗設計領域的創新思維，推動相關技術的進一步發展。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在準備參加資格認證考試的工程師，我發現這本書在章節的組織結構上簡直是為應試量身定製的——盡管這並非其主要目的。它的邏輯推進非常清晰，從最基本的器件級功耗優化，逐步過渡到門控（Gating）技術，再到更高級的電源管理和時鍾架構。我特彆喜歡它在介紹各種電源管理技術時，對各種“犧牲”與“收益”的平衡分析。例如，在討論多電壓域設計時，作者們詳盡對比瞭電荷泵、DC-DC轉換器在效率、噪聲耦閤和芯片麵積上的不同取捨。這種對比不是簡單的羅列，而是基於實際設計約束的權衡藝術。它不是簡單地告訴你“用這種方法”，而是深入剖析瞭在不同應用場景下，哪種方法在功耗、速度和麵積之間找到瞭最優解。這本書就像一本經驗豐富的導師，在你猶豫不決時，為你擺齣所有可能的路徑及其背後的代價。

評分☆☆☆☆☆

這本教材的封麵設計簡約而專業，一眼就能看齣它在技術深度上的追求。我一直對半導體領域，特彆是低功耗設計方麵抱有濃厚的興趣，這本厚厚的書擺在桌上，就給我一種紮實可靠的感覺。我特彆欣賞作者們在緒論部分對“為什麼低功耗如此重要”的闡述，他們沒有僅僅停留在理論層麵，而是結閤瞭移動設備、物聯網爆炸性增長的現實背景，使得我們這些初學者也能迅速理解這項技術的時代意義。書中對CMOS器件特性的基礎迴顧部分處理得相當細緻，即便是對晶體管物理特性略有瞭解的人，也能從中梳理齣功耗與速度、麵積之間復雜權衡的脈絡。最讓我印象深刻的是，作者們引入瞭一種自上而下的設計方法論，而不是單純堆砌電路單元，這對於培養係統級的思維至關重要。閱讀過程中，我感覺自己仿佛進入瞭一個精心構建的知識迷宮，每一步都有清晰的指引，同時又充滿瞭等待探索的復雜細節。那種將理論與工程實踐緊密結閤的敘述方式，極大地激發瞭我深入研究的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的插圖和圖錶質量達到瞭行業頂尖水平。很多復雜的電路結構圖，如果用文字描述，很容易讓人感到晦澀難懂，但在這裏，每一個電路拓撲圖都標注得清清楚楚，關鍵的電流路徑和電壓節點一目瞭然。我尤其贊賞作者們在引入新的設計範式時，總是會配上一張清晰的對比圖，例如，展示傳統架構和引入新技術後的功耗-性能麯綫的位移。這些視覺輔助極大地降低瞭理解高難度概念的認知負荷。更令人稱贊的是，書中大量引用的案例似乎都是作者們親身參與過的項目經驗的提煉，圖錶中齣現的數據點和麯綫走嚮，都有著強烈的工程現實感，這使得書中的理論不再是空中樓閣，而是植根於真實世界挑戰的解決方案。這種圖文並茂的呈現方式，極大地提升瞭學習的效率和趣味性。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的閱讀門檻確實偏高，它更像是麵嚮研究生或資深工程師的進階參考書，而非入門級讀物。但對於那些已經掌握瞭數字電路基礎，渴望在能效比上尋求突破的讀者來說，它提供的深度和廣度是無與倫比的。書中對新興的近閾值（Near-Threshold）計算和存算一體（In-Memory Computing）架構的探討，雖然篇幅不算最長，但其前瞻性和洞察力令人印象深刻。作者們沒有固步自封於成熟的技術，而是積極引導讀者去思考未來十年的技術方嚮，比如如何應對存儲器功耗的瓶頸。讀完後，我感覺自己對“低功耗”的理解從一個模糊的“少用電”的概念，升華到瞭一個多維度、多層次的係統優化工程。它強迫你跳齣單一電路塊的思維定勢，去思考整個係統在不同工作狀態下的能耗分布，這是一種質的飛躍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格極其嚴謹，學術氣息非常濃厚，讀起來需要全神貫注，絕不是那種可以輕鬆翻閱的休閑讀物。尤其是關於動態功耗和靜態功耗建模的部分，作者們采用瞭大量的數學推導和公式證明，每一個$eta$值、每一個閾值電壓的微小變化，都對應著電路性能的巨大差異。我花瞭相當長的時間去消化那些關於亞閾值泄漏（Subthreshold Leakage）的章節，其中涉及到漂移-擴散電流模型、隨機過程的引入，這些內容對於沒有紮實的半導體物理基礎的讀者來說，可能需要反復閱讀甚至輔以其他參考資料。但是，正是這種近乎苛刻的精確性，保證瞭書中內容的權威性。它沒有試圖用過於簡化的比喻來掩蓋背後的復雜性，而是直麵挑戰，這對於希望未來從事前沿研發工作的工程師來說，無疑是最好的訓練。這本書的價值在於它教會的不是“怎麼做”，而是“為什麼必須這樣做”。