VLSI的统计分析与优化：时序和功耗 (美)安歇斯 9787030188502 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美安歇斯 著

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• 集成电路
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• 数字电路
• 安歇斯

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030188502

商品编码：29696648633

包装：平装

出版时间：2007-08-01

基本信息

书名：VLSI的统计分析与优化：时序和功耗

定价：42.00元

作者：(美)安歇斯

出版社：科学出版社

出版日期：2007-08-01

ISBN：9787030188502

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

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编辑推荐

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内容提要

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该书介绍了集成电路的统计CAD工具的相关知识。主要面向CAD工具开发人员、集成电路工艺技术人员，以及相关学科的学生和研究人员。书中介绍了统计时序和功耗分析技术中的*研究成果，并结合参数化的产量作为设计过程中的主要目标函数。该书强调算法、过程变量的建模方法，以及统计方法。既可作为刚涉足CAD工具开发领域的人员的入门书籍，也可作为该领域工程师的参考手册。

目录

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Preface
1 Introduction
　1.1 Sources of Variations
　　1.1.1 Process Variations
　　1.1.2 Environmental Variations
　　1.1.3 Modeling Variations
　　1.1.4 Other Sources of Variations
　1.2 Components of Variation
　　1.2.1 Inter-die Variations
　　1.2.2 Intra-die Variations
　1.3 Impact on Performance
2 Statistical Models and Techniques.
　2.1 Monte Carlo Techniques
　　2.1.1 Sampling Probability Distributions
　2.2 Process Variation Modeling
　　2.2.1 Pelgrom's Model
　　2.2.2 Principal Components Based Modeling
　　2.2.3 Quad-Tree Based Modeling
　　2.2.4 Specialized Modeling Techniques
　2.3 Performance Modeling
　　2.3.1 Response Surface Methodology
　　2.3.2 Non-Normal Performance Modeling
　　2.3.3 Delay Modeling
　　2.3.4 Interconnect Delay Models
　　2.3.5 Reduced-Order Modeling Techniques
3 Statistical Timing Analysis
　3.1 Introduction
　3.2 Block-Based Timing Analysis
　　3.2.1 Discretized Delay PDFs
　　3.2.2 Reconvergent Fanouts
　　3.2.3 Canonical Delay PDFs
　　3.2.4 Multiple Input Switching
　3.3 Path-Based Timing Analysis
　3.4 Parameter-Space Techniques
　　3.4.1 Parallelepiped Method
　　3.4.2 Ellipsoid Method
　　3.4.3 Case-File Based Models for Statistical Timing
　3.5 Bayesian Networks
4 Statistical Power Analysis
　4.1 Overview
　4.2 Leakage Models
　4.3 High-Level Statistical Analysis
　4.4 Gate-Level Statistical Analysis
　　4.4.1 Dynamic Power
　　4.4.2 Leakage Power
　　4.4.3 Temperature and Power Supply Variations
5 Yield Analysis
　5.1 High-Level Yield Estimation
　　5.1.1 Leakage Analysis
　　5.1.2 Frequency Binning
　　5.1.3 Yield Computation
　5.2 Gate-Level Yield Estimation
　　5.2.1 Timing Analysis
　　5.2.2 Leakage Power Analysis
　　5.2.3 Yield Estimation
　5.3 Supply Voltage Sensitivity
6 Statistical Optimization Techniques
　6.1 Optimization of Process Parameters
　　6.1.1 Timing Constraint
　　6.1.2 Objective Function
　　6.1.3 Yield Allocation
　6.2 Gate Sizing
　　6.2.1 Nonlinear Programming
　　6.2.2 Lagrangian Relaxation
　　6.2.3 Utility Theory
　　6.2.4 Robust Optimization
　　6.2.5 Sensitivity-Based Optimization
　6.3 Buffer Insertion
　　6.3.1 Deterministic Approach
　　6.3.2 Statistical Approach
　6.4 Threshold Voltage Assignment
　　6.4.1 Sensitivity-Based Optimization
　　6.4.2 Dynamic Programming
References
Index

作者介绍

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文摘

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序言

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《VLSI的统计分析与优化：时序和功耗》 作者： (美) 安歇斯 出版社： 科学出版社 ISBN： 9787030188502 图书简介 在当今信息技术飞速发展的浪潮中，大规模集成电路（VLSI）的设计与制造已成为核心驱动力。随着芯片集成度的不断攀升，设计复杂度呈指数级增长，对芯片的性能、功耗以及可靠性提出了前所未有的挑战。传统的设计方法往往难以有效应对这些日益严峻的问题。因此，引入先进的统计学理论和优化技术，将VLSI设计从经验驱动模式向数据驱动、模型驱动模式转变，已成为行业发展的必然趋势。《VLSI的统计分析与优化：时序和功耗》一书应运而生，它深入探讨了如何运用统计学原理和优化算法，系统性地解决VLSI设计中的关键瓶颈——时序收敛和功耗优化。 本书的作者安歇斯教授，是VLSI领域资深的专家，拥有丰富的理论研究和工程实践经验。他将多年的研究成果与前沿技术，以严谨的逻辑、清晰的结构和深入浅出的方式，呈现在读者面前。全书不仅涵盖了VLSI设计中至关重要的时序分析和功耗优化的理论基础，更着重于讲解如何将统计分析和优化方法有效地融入设计流程，从而实现更优的设计结果。 核心内容解析 本书的核心在于将统计分析和优化方法论深度融合于VLSI设计中的两大关键领域：时序和功耗。 第一部分：统计分析在VLSI设计中的应用 在VLSI设计流程中，诸如工艺偏差、工作电压波动、温度变化等不确定性因素无处不在，这些不确定性直接影响着芯片的性能和可靠性。传统的确定性分析方法往往忽略了这些随机性，导致设计结果存在较大的裕量，甚至在实际流片中出现意想不到的问题。本书深入阐述了如何利用统计学工具来量化和管理这些不确定性。 工艺变化与统计模型： 书中详细介绍了各种工艺参数（如沟道长度、氧化层厚度、掺杂浓度等）的统计分布特性，以及如何建立精确的统计模型来描述这些变化。这包括了对测量数据进行统计分析，提取均值、方差等关键参数，以及选择合适的概率分布模型（如高斯分布、均匀分布等）来描述工艺偏差。 参数统计与推理： 读者将学习如何运用参数统计的方法，根据样本数据对工艺参数的总体分布进行估计和推断。这对于预测不同工艺条件下芯片的性能至关重要。 随机过程与动态变化： 书中还涉及了在动态工作环境下，如温度变化对器件参数的影响，以及如何利用随机过程的理论来建模和分析这些时间相关的变化。 不确定性传播与量化： 一个重要的章节将聚焦于如何将工艺、电压、温度（PVT）等不确定性因素的影响，从器件层面逐步传播到模块、乃至整个芯片层面。通过蒙特卡洛模拟、逐点统计（SSTA）等方法，量化设计中的不确定性，并评估其对时序和功耗的影响。 良率分析与预测： 基于统计模型，本书探讨了如何进行片上良率的分析和预测。通过理解和量化设计中的不确定性，设计者可以提前识别出潜在的良率瓶颈，并采取相应的措施进行改进。 第二部分：时序分析与优化 时序是VLSI设计中最具挑战性的问题之一。随着电路规模的增大和工作频率的提升，保证信号在规定时间内正确传播，即实现时序收敛，变得越来越困难。本书将统计分析的思想引入时序分析，提供了更为精细和有效的解决方案。 统计时序分析（SSTA）： 传统的静态时序分析（STA）主要基于最差情况（Worst-Case）和最佳情况（Best-Case）的路径分析。而SSTA则将工艺、电压、温度等变化带来的不确定性考虑在内，通过概率方法来评估时序路径的松弛度（Slack）。书中详细介绍了SSTA的原理，包括如何计算时序路径上的统计延迟分布，以及如何进行统计路径分析，识别出最可能违反时序的时序路径。 时序路径的统计建模： 读者将学习如何构建精确的时序路径统计模型，包括触发器（Flip-flop）的建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）以及组合逻辑的延迟等。这些模型将考虑各种统计变量的影响，从而提供更具代表性的时序裕量。 时序违例的概率评估： SSTA能够提供时序违例发生的概率，这比简单的最差情况分析更为直观。基于这些概率信息，设计者可以优先处理那些最有可能导致时序问题的路径，从而更有效地分配设计资源。 基于统计优化的时序修复： 书中提出了多种基于统计分析结果的优化方法，以解决时序问题。这包括： 布局布线优化： 根据统计时序分析的结果，智能地调整器件的布局和连线的路径，以减小时序违例的概率。 门控时钟与时钟树优化： 针对时钟信号的分配和管理，运用统计思想进行优化，以降低时钟偏斜（Clock Skew）和时钟抖动（Clock Jitter）对时序的影响。 寄存器优化： 考虑不同工艺角下寄存器的时序特性，进行合理的选择和布局。 逻辑优化与重定时（Retiming）： 在保证逻辑功能不变的前提下，通过逻辑门的插入、删除或移动，以及寄存器的重新定时，来改善时序。 第三部分：功耗分析与优化 功耗是影响芯片性能、可靠性以及电池续航能力的关键因素。随着芯片集成度的提升和工作频率的增加，功耗问题日益突出。本书将统计分析和优化技术应用于功耗领域，旨在实现更低功耗的设计。 功耗的统计建模： 书中介绍了动态功耗和静态功耗的统计模型。对于动态功耗，将考虑开关活动因子（Switching Activity Factor）的统计分布，以及其与电路结构和输入信号模式的关系。对于静态功耗，将分析漏电流（Leakage Current）的统计变化，以及其受工艺、电压、温度等因素的影响。 功耗的量化与分析： 读者将学习如何利用统计方法对芯片的整体功耗进行量化和分析。这包括对不同工作模式下的功耗进行统计建模，以及评估功耗的波动范围。 基于统计优化的功耗降低技术： 动态电压频率调整（DVFS）的统计策略： 针对不同的工作负载和应用场景，运用统计模型来预测所需的电压和频率，从而在满足性能需求的前提下，最大限度地降低功耗。 门控时钟与电源门控（Power Gating）： 结合统计分析，智能地选择哪些模块可以关闭时钟或电源，以降低不必要的功耗。 低功耗逻辑设计： 介绍各种低功耗逻辑门的设计和选择，以及如何根据统计分析结果，对逻辑电路进行优化以降低功耗。 时钟树综合（CTS）的功耗优化： 优化时钟树的结构，减小时钟网络的功耗。 记忆体功耗优化： 针对片上存储器，采用统计方法来优化其读写操作，降低功耗。 本书的价值与贡献 《VLSI的统计分析与优化：时序和功耗》一书的显著价值在于其系统性地将统计学和优化理论应用于VLSI设计的核心挑战。 提升设计效率与准确性： 通过引入统计分析，可以更准确地预测设计结果，减少设计迭代次数，从而大幅提升设计效率。 实现更优的设计目标： 无论是追求更高的时序性能，还是更低的功耗，本书提供的统计优化方法都能帮助设计者在复杂的设计空间中找到更优的解决方案。 增强设计的鲁棒性： 充分考虑工艺、电压、温度等不确定性，可以设计出在各种工作条件下都表现出良好性能和可靠性的芯片。 为先进工艺节点的设计提供指导： 随着半导体工艺节点的不断缩小，工艺偏差的影响愈发显著。本书的研究方法对于在先进工艺节点下进行VLSI设计具有重要的指导意义。 融合理论与实践： 本书不仅深入浅出地讲解了理论知识，还结合了实际的设计案例和应用场景，使得读者能够更好地理解和掌握相关技术。 目标读者 本书适合以下人群阅读： VLSI设计工程师： 致力于提升芯片性能、降低功耗、提高良率的设计工程师。 芯片设计方向的研究生： 希望深入了解VLSI设计前沿技术，进行相关课题研究的学生。 计算机体系结构与集成电路设计领域的教学和研究人员： 为教学提供最新的理论和方法支持。 总结 《VLSI的统计分析与优化：时序和功耗》是一部集理论深度、实践指导和前瞻性于一体的著作。它为读者提供了一套强大的工具集，能够帮助他们在日益复杂的VLSI设计领域中，更有效地应对时序收敛和功耗优化的挑战。通过掌握本书所介绍的统计分析与优化技术，设计者将能够创造出更高效、更可靠、更具竞争力的集成电路产品，为推动信息技术的进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引眼球，那种深邃的蓝色调搭配着醒目的标题字体，一下子就给人一种专业、严谨的理工科书籍的感觉。我本来对这个领域了解不多，只是抱着试试看的心态翻开了它，没想到里面的内容组织结构异常清晰，逻辑链条一环扣一环，即便是初学者也能比较顺畅地跟上作者的思路。特别是章节的划分，简直是教科书级别的典范，你知道，很多技术书籍的目录看起来就像是某种晦涩难懂的密码，但这本书的目录则像是一张精心绘制的地图，让你对即将探索的“知识疆域”有一个宏观的把握。我特别欣赏作者在引入复杂概念时所采取的循序渐进的方式，不像有些作者恨不得把所有高级理论一股脑砸给你，让人感到压迫。这里的叙述节奏掌握得恰到好处，让你有时间消化吸收，而不是被动地接受信息。从基础的统计学原理如何被巧妙地嫁接到超大规模集成电路的设计流程中，再到后续如何利用这些分析工具进行效率和能耗的精细调控，每一步都走得稳健而有力。这种扎实的基础构建，对于任何想要深入这个领域的人来说，都是极其宝贵的财富。它不是那种只停留在表面理论的“花架子”，而是真正致力于将理论与实践的桥梁搭建起来的佳作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排给我的最大感受是“平衡”。它在理论的深度和实际应用的广度之间找到了一个近乎完美的平衡点。一方面，它详尽地介绍了如何构建稳健的时序分析模型，包括各种Corner Case的处理，对于那些追求极致性能的设计者来说，这部分内容简直是如获至宝。另一方面，作者又没有忽视设计流程中可能被忽略的环节，比如如何将这些复杂的统计分析结果有效地反馈给前端综合和布局布线工具，确保理论上的优化能够在实际流片中得到兑现。这中间涉及到的工具接口和数据格式的兼容性问题，往往是工程实践中的一大难点，而作者在这里的处理就显得尤为高明和细腻。他不仅仅告诉你“要做什么”，更进一步指导你“如何用现有的工具链去实现它”。这种将“知道”与“做到”紧密结合的叙述方式，使得这本书的阅读价值持续攀升，它不仅仅是知识的传递，更是一种方法论的灌输。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我明显感觉到作者在文本的论述风格上，保持了一种高度的客观性和严谨性，但又不像纯粹的学术论文那样冷冰冰、拒人千里之外。它更像是一位经验极其丰富的资深工程师在向你传授他多年摸爬滚打总结出的真经。作者似乎非常清楚地知道，哪些细节是读者在实际工作中会遇到的“坑”，并在适当的时候给出“避雷指南”。尤其是在讨论功耗优化那一部分时，他没有仅仅停留在理论上的理想模型，而是深入剖析了在不同工艺节点和不同工作频率下，实际物理效应是如何影响理论预测的，这种“贴地气”的分析让人茅塞顿开。我甚至能想象到作者在撰写这些章节时，面前堆满了各种仿真报告和测试数据，然后他将这些零散的信息提炼、升华，最终凝练成清晰的文字。这种基于大量实际工程经验的总结，是任何纯粹的理论推导所无法替代的，它让这本书的实用价值远超一般的教材范畴，更像是一本实战手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量简直是业界良心，让我这个常年与技术文档打交道的“老油条”都感到惊喜。很多时候，技术书的图表如果处理得不够精细，那些关键的波形图、时序图或者参数分布图就变得模糊不清，根本无法准确传达作者的意图。然而，这本书记载的所有图形元素，无论是复杂的电路示意图还是统计学上的概率密度函数曲线，都清晰锐利得令人赞叹。我甚至忍不住拿放大镜去观察那些细微的坐标轴标记，结果依然清晰可辨，这极大地提高了阅读体验和信息获取的准确性。更不用提那些公式的排版了，那些复杂的希腊字母和上下标的嵌套，处理得井井有条，没有出现任何因为格式混乱而导致的误读。在如此精美的载体中承载着如此深奥的知识，简直是一种享受。我通常认为，一本优秀的专业书籍，其物理形态也是其专业性的一部分体现，它反映了出版方对内容质量的尊重。这本书无疑做到了这一点，它让你在阅读时，能够心无旁骛地专注于解决那些集成电路设计中最棘手的挑战，而不用被低劣的载体所困扰。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提一下这本书在引入新技术和前沿趋势方面的敏锐洞察力。在如此快速迭代的半导体行业，一本技术书籍如果不能与时俱进，很快就会过时。然而，这本书的视角显然是面向未来的。它不仅仅是回顾了经典的分析方法，更重要的是，它探讨了在当前越来越依赖于概率性设计和低功耗约束的新范式下，传统确定性分析方法的局限性，并预示了统计分析将如何成为未来设计的核心驱动力。这种前瞻性的视角，让这本书的保质期大大延长。它没有沉溺于过时的技术细节，而是专注于那些跨越不同技术代际的、更本质的优化原理。对于希望在这个行业长期发展，不断提升自己设计理念的工程师来说，阅读这样一本能够提供“战略高度”的书籍，远比阅读一本只关注当下工具操作手册要重要得多。它教会你如何思考问题，而不是仅仅提供答案。