{RT}超大规模集成电路布线技术-[美] Venky,Ramachandran,[美] P pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Venky，Ramachandran，[美 著

图书标签:

• 超大规模集成电路
• 布线技术
• 集成电路设计
• VLSI
• 电子工程
• 半导体
• Ramachandran
• Venky
• P
• 工艺学

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302478386

商品编码：29489848676

包装：精装

出版时间：2018-03-01

图书基本信息
图书名称	超大规模集成电路布线技术	作者	Venky,Ramachandran, Pinaki,Ma
定价	129.00元	出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302478386	出版日期	2018-03-01
字数		页码	333
版次	1	装帧	精装

内容简介

本书作者Pinaki Mazumder教授是IEEE Fellow和AAAS Fellow，在EDA领域有30年以上的教学、科研和工程经历。 n 本书汇集电子设计自动化领域包括作者在内的研究者的*新成果，聚焦超大规模集成电路布线技术，从串行与并行布线模型开始，到各种基本布线算法，兼顾芯片设计中的特定情况，重点讨论了大量的工业界实用的特殊类型布线与*新并行布线器。 n 本书注重基础，主要研究迷宫布线算法、总体布线算法、详细布线算法（即通道布线与开关盒布线算法等）和特殊布线算法，具有较高的通用性和实用性，有望推动超大规模集成电路布线工具的持续发展。 n 本书既涉及EDA领域“大家”的重要成果，也涵盖作者及其团队30多年的杰出研究，适合计算机与半导体行业从业的工程师、电子设计自动化方面的教学者阅读，也适合研究VLSI电路布局布线算法的高年级硕士生、博士生以及研究学者参考。 n

作者简介

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目录

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编辑推荐

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文摘

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序言

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探索微观世界的奥秘：电子互联的艺术与科学 在信息爆炸的时代，我们日常生活中所依赖的无数电子设备，从智能手机到高性能计算机，再到复杂的医疗仪器，它们的强大功能都离不开一个核心的秘密：微电子芯片。而这些微电子芯片的精髓，则蕴藏在它们内部那如同城市般繁复交织的布线之中。本文将深入探讨电子互联的艺术与科学，揭示芯片设计中最具挑战性也最关键的一环——布线技术。 一、布线：芯片的“血管”与“神经系统” 想象一下，一颗小小的芯片，承载着亿万个微小的元器件，它们需要以极高的效率进行信息交流。这种交流的桥梁，就是布线。它们如同生物体内的血管输送养分，又如同神经系统传递信号，负责将各种电子元件连接起来，构成一个完整、高效运行的电子系统。 芯片布线的复杂性远超我们日常可见的电线。在微观尺度下，这些导线被设计得极度纤细，且层层叠叠，构建出三维的互联网络。每一条布线的设计都必须精确到纳米级别，任何一个微小的误差都可能导致整个芯片性能下降，甚至无法工作。因此，布线技术不仅仅是简单的连接，更是一门融合了物理学、电子工程学、计算机科学以及精密制造工艺的综合性学科。 二、布线技术的演进：从二维到三维的飞跃 芯片布线技术的发展，是伴随着集成电路工艺的不断进步而同步演进的。 早期阶段（二维布线）： 在芯片制造的早期，布线主要集中在一个平面上，通过金属层连接不同的元器件。这种方式在满足早期器件数量和性能需求时是足够有效的。然而，随着半导体技术的飞速发展，芯片上的晶体管数量呈指数级增长，二次元的平面布线开始显得捉襟见肘。有限的平面空间导致布线拥塞、信号延迟增加、功耗升高以及串扰（不同信号线之间的干扰）等问题日益严重。 多层金属布线（MLM）的崛起： 为了突破二维空间的限制，多层金属布线技术应运而生。这项技术允许在芯片上堆叠多层金属导线，通过垂直的通孔（vias）连接不同层级的布线。这如同在原本平坦的城市中修建了高架桥和地下通道，极大地增加了布线的灵活性和密度，有效缓解了布线拥塞问题。MLM技术是现代芯片设计中的基石，几乎所有现代芯片都采用了多层金属布线。每一层金属都有其特定的用途和布局规则，需要精密的规划和管理。 三维集成电路（3D ICs）的探索： 随着对更高性能、更低功耗和更小体积的需求不断攀升，仅仅依靠MLM技术已经难以满足。于是，三维集成电路（3D ICs）的概念应运而生。3D ICs不再局限于将元器件铺在同一平面上，而是将多个芯片或芯片的不同功能层垂直堆叠起来，并通过极其微小的垂直互连（TSVs - Through-Silicon Vias）进行连接。这种设计将布线从“平面扩展”变成了“立体构建”，极大地缩短了信号传输路径，显著提高了芯片的性能和能效，并且能够大幅减小芯片的整体尺寸。3D ICs代表了集成电路发展的下一个前沿，虽然其制造工艺和设计挑战巨大，但潜力无限。 三、布线设计中的关键挑战 布线设计绝非易事，它需要在满足功能要求的同时，兼顾多方面的约束和优化目标。其中最主要的挑战包括： 布线拥塞（Routing Congestion）： 随着芯片规模的增大和复杂度提升，可用的布线资源（金属线和通孔）变得非常有限。当需要连接的信号线数量远超布线资源时，就会出现布线拥塞。拥塞会导致布线路径过长，信号延迟增加，甚至使部分区域无法完成布线，直接影响芯片的良率和性能。 信号完整性（Signal Integrity）： 在高频、高密度的集成电路中，布线不再是简单的导电通路。由于导线之间的电容和电感效应，信号在传输过程中会发生反射、串扰、过冲、欠冲等问题，这些都可能导致信号失真，产生错误。确保信号的准确传输，即信号完整性，是布线设计中至关重要的一环。这需要精细的布线规划、合理的线间距控制以及对电磁干扰（EMI）的有效管理。 功耗优化（Power Optimization）： 布线是芯片中电能消耗的重要组成部分。长而细的导线会产生电阻，导致焦耳热；频繁的信号开关也会消耗动态功耗。因此，布线设计需要考虑如何通过优化布线长度、选择合适的金属层、减少不必要的信号活动等方式来降低功耗，延长电池寿命或减少散热需求。 时序约束（Timing Constraints）： 芯片中的各个信号需要按照预设的时间顺序到达目的地，才能保证电路的正常工作。布线的设计直接影响信号的传输延迟。布线路径过长或存在异常延迟都会导致时序违例，即信号没有在规定的时间内到达，从而引发设计失败。因此，布线设计必须严格遵守时序约束。 制造可制造性（Manufacturability）： 芯片的布线设计最终需要通过复杂的半导体制造工艺来实现。布线的设计规则必须符合当前的制造能力，例如最小线宽、最小线距、通孔的尺寸和间距等。过于激进或不切实际的设计，即使在仿真中看起来可行，也可能在实际制造中无法实现，或者良率极低。 四、布线自动化工具：智慧的助手 面对如此巨大的设计复杂度和海量的数据，手动完成布线设计是不可想象的。因此，布线自动化工具（Routing Tools）在现代芯片设计流程中扮演着核心角色。这些工具集成了先进的算法和庞大的数据库，能够根据预设的设计规则和优化目标，自动规划和实现芯片的布线。 布线自动化工具通常包括以下几个关键模块： 全局布线（Global Routing）： 在设计初期，全局布线工具会粗略地规划布线路径，确定各个网络（net）的大致走向，并将整个布线区域划分为若干个微小的格栅（grid），预估每个区域的布线资源使用情况，以预测和缓解潜在的布线拥塞。 详细布线（Detailed Routing）： 在全局布线确定之后，详细布线工具会对每个具体的导线段进行精确定位，包括其在具体金属层上的走向、何时通过通孔进行层间连接等。这一阶段需要严格遵守所有设计规则，并尽力满足时序、功耗等优化目标。 拥塞分析与修复（Congestion Analysis and Repair）： 布线工具会实时监测布线拥塞情况，并提供可视化的拥塞报告。设计师可以根据报告调整布局、改变设计规则或者使用工具提供的拥塞修复功能，例如重新规划部分布线，或者在拥塞区域增加额外的布线资源（如使用更细的导线或增加金属层）。 时序分析与优化（Timing Analysis and Optimization）： 布线工具会与时序分析工具协同工作，评估布线对信号延迟的影响，并尝试优化布线以满足时序要求。这可能包括调整布线长度、改变导线形状以优化寄生参数等。 信号完整性分析与优化（Signal Integrity Analysis and Optimization）： 一些高级的布线工具还能集成信号完整性分析功能，检测潜在的串扰、反射等问题，并自动进行优化，例如调整线间距、添加屏蔽线等。 五、布线技术的未来展望 随着摩尔定律的延续和新材料、新工艺的不断涌现，芯片布线技术正朝着更精细、更智能、更高效的方向发展。 更先进的互连技术： 除了TSVs，研究人员还在探索更高效的垂直互连方式，以及使用新型导电材料（如碳纳米管、石墨烯）来制造更小、更快、更节能的导线。 人工智能驱动的布线： 人工智能（AI）和机器学习（ML）正在被引入到布线设计中。AI可以从海量的历史设计数据中学习，预测潜在的设计问题，并生成更优化的布线方案，极大地提高设计效率和芯片性能。 异构集成（Heterogeneous Integration）： 未来芯片将不再是单一技术的产物，而是将不同类型、不同工艺的芯片（如CPU、GPU、AI加速器、存储器等）集成到同一个封装中，形成一个高度集成的系统。这种异构集成对布线技术提出了新的挑战，需要设计更灵活、更高效的片上和片间互连方案。 可持续性与能源效率： 随着全球对能源消耗的关注日益增加，设计低功耗的芯片变得尤为重要。布线技术的优化将是实现这一目标的关键，通过更精密的布线设计来减少能量损耗，延长设备续航能力，并降低数据中心的能耗。 结论 芯片布线技术是现代电子产业的基石，它决定了芯片的性能、功耗、体积和可靠性。从二维到三维，从手动规划到自动化工具，再到人工智能的赋能，布线技术的每一次革新都推动着电子世界的进步。它是一门在微观尺度下进行的复杂艺术与科学的融合，是连接无数晶体管、赋予数字生命的关键环节。未来，随着科技的不断发展，布线技术将继续在探索微观世界奥秘的征程中扮演着不可或缺的角色，为我们带来更强大、更智能、更可持续的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对芯片设计流程感兴趣的初学者，我对整个IC设计链条中的各个环节都充满了好奇。在了解了逻辑设计、物理实现等概念之后，我对“布线”这个环节产生了浓厚的兴趣，并且一直想深入了解它的具体内容。我知道布线是将所有逻辑门之间的连接转化为物理上的金属线路的过程，但这背后究竟隐藏着怎样的复杂性和挑战？我希望找到一本能够用清晰易懂的语言，为我介绍布线设计的基本概念的书籍，例如，什么是全局布线，什么是详细布线，以及它们各自的目的是什么。我希望了解，在设计过程中，布线工程师们会使用哪些工具，以及这些工具是如何工作的。同时，我也很好奇，在现代芯片设计中，自动化布线技术扮演了怎样的角色，它在多大程度上取代了人工设计？以及，当遇到布线问题时，工程师们通常会采用哪些解决策略？我希望这本书能够提供一个循序渐进的引导，让我能够逐步理解布线设计的全貌，为我未来深入学习相关知识打下基础。

评分☆☆☆☆☆

近年来，随着AI和大数据等新兴技术的飞速发展，对高性能计算芯片的需求日益增长，这也对芯片的性能提出了前所未有的挑战。我关注的焦点在于，当今高性能芯片在功耗、性能和面积（PPA）之间如何做出权衡，以及布线技术在这个过程中扮演了怎样的角色。我一直在思考，在高密度的设计中，如何有效地管理布线延迟，以满足严苛的时序要求？信号完整性问题，例如串扰、反射等，在高速信号传输中又该如何应对？功耗是另一个令人头疼的问题，我希望能够了解到，布线设计如何能够影响芯片的整体功耗，以及有哪些布线策略可以用于降低功耗，例如优化线宽、线距，以及电源网络的规划。更进一步，对于复杂的SoC设计，如何有效地进行布线规划，以平衡不同模块之间的性能需求，并最大化芯片的整体利用率？我期待一本能够深入探讨这些挑战，并提供切实可行解决方案的书籍，能够帮助我理解如何通过精湛的布线技术，来释放高性能芯片的全部潜力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对电子工程的理论基础研究颇感兴趣的学生，我一直在寻找能够深入理解芯片设计“为什么”的书籍，而不是仅仅提供“怎么做”的指导。我对于像“超大规模集成电路布线技术”这样的主题，抱有极大的期待，希望它能为我揭示布线设计背后深刻的数学原理和算法思想。我想了解，在芯片面积日益受限、信号速度越来越快的情况下，布线工程师们是如何运用图论、优化理论、甚至是人工智能等先进的数学工具来解决布线问题的。例如，对于“最优化路径寻找”这一核心问题，是否存在一些通用的数学模型和求解方法？布线过程中涉及到的各种约束条件，比如时序、功耗、信号完整性等，是如何被转化为数学模型中的约束项的？以及，现代EDA工具中的布线引擎，其背后的算法复杂度有多高，又是如何做到在有限的时间内找到接近最优解的？我希望这本书能够提供一些严谨的理论推导和清晰的数学证明，让我能够真正理解布线技术的精髓，为我未来进行更深入的学术研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸翻阅了一些关于半导体制造工艺的书籍，虽然这些书聚焦于物理层面的制造细节，例如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，但它们也间接勾勒出了布线技术所处的宏观环境。我发现，每一代工艺的进步，都对布线提出了新的、更苛刻的要求。例如，更小的特征尺寸意味着金属线之间的距离越来越近，这极大地增加了信号串扰的风险，也让布线拥塞成为一个更普遍的问题。同时，随着芯片功耗的增加，如何设计更高效的电源和地网络，以确保所有器件都能获得稳定的电压，也变得至关重要。在阅读这些制造工艺书籍时，我常常会联想到布线工程师们是如何在这些物理限制下，利用各种算法和策略来规划芯片内部纵横交错的“血管”的。我一直在思考，布线技术是否也像制造工艺一样，有着清晰的演进脉络？从早期的简单连线，到如今高度自动化的复杂布线流程，这个过程中有哪些关键的技术突破？又有哪些经典的布线方法，在现代工艺中依然发挥着重要作用？我希望一本关于布线技术的书籍，能够将这些连接起来，帮助我理解布线技术与底层物理制造的内在联系，以及这种联系如何驱动布线技术的创新和发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在IC设计领域摸爬滚打多年的工程师，我一直对布线技术这个细分领域充满了好奇和敬畏。市面上探讨EDA工具、数字逻辑、模拟电路的书籍不少，但真正深入剖析布线技术本身，并从底层原理到实践应用的，却相对稀少。我一直在寻找一本能够系统性地阐述布线设计挑战、演进过程以及未来趋势的著作，尤其是那些能够解释“为什么”的著作，而不仅仅是“怎么做”。我希望这本书能够帮助我理解在摩尔定律日益逼近物理极限的今天，布线技术如何在更小的芯片面积上承载更复杂的逻辑功能，如何在高频高速信号传输中保持信号完整性，以及如何应对功耗和可靠性等严峻考验。想象中，这本书应该包含对经典布线算法的深入解析，比如Dijkstra、A等在布线领域的应用和变种；也应该探讨现代布线工具背后的核心技术，如全局布线、详细布线、时钟树综合、电源/地网布线等各个环节的优化策略。更重要的是，我期待它能解答布线过程中遇到的那些令人头疼的问题，比如拥塞的解决之道，串扰的抑制方法，以及如何有效地进行布局布线协同设计。如果这本书能提供一些实际的案例分析，哪怕是简化版的，也能让我更好地理解理论与实践的结合，从而在自己的工作中获得启发。