Power Distribution Network Design for VLSI

Power Distribution Network Design for VLSI pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Zhu, Qing K.
出品人:
页数:208
译者:
出版时间:2004-2
价格:723.00元
装帧:
isbn号码:9780471657200
丛书系列:
图书标签:
  • VLSI
  • 电源网络
  • 芯片设计
  • 低功耗
  • 电路设计
  • EDA
  • 模拟电路
  • 物理设计
  • 可靠性
  • 优化
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具体描述

This is a hands on troubleshooting guide for VLSI network designers. The primary goal in VLSI (very large scale integration) power network design is to provide enough power lines across a chip to reduce voltage drops from the power pads to the center of the chip. Voltage drops caused by the power network's metal lines coupled with transistor switching currents on the chip cause power supply noises that can affect circuit timing and performance, thus providing a constant challenge for designers of high performance chips. "Power Distribution Network Design for VLSI" provides detailed information on this critical component of circuit design and physical integration for high speed chips. A vital tool for professional engineers (especially those involved in the use of commercial tools), as well as graduate students of engineering, the text explains the design issues, guidelines, and CAD tools for the power distribution of the VLSI chip and package, and provides numerous examples for its effective application. Features of the text include: an introduction to power distribution network design; design perspectives, such as power network planning, layout specifications, decoupling capacitance insertion, modeling, and analysis; electromigration phenomena; IR drop analysis methodology; commands and user interfaces of the VoltageStorm[trademark] CAD tool; microprocessor design examples using on chip power distribution; flip chip and package design issues; and power network measurement techniques from real silicon. The author includes several case studies and a glossary of key words and basic terms to help readers understand and integrate basic concepts in VLSI design and power distribution.

好的,这是一份关于一本名为《Power Distribution Network Design for VLSI》的图书的简介,该简介不包含该书的实际内容,而是基于对相关领域和主题的深度理解,构建的一份详尽的、非特定内容的“内容摘要”或“导览”。 书籍导览:《集成电路电源分配网络设计:从理论到实践的深度解析》 引言:现代集成电路设计中的核心挑战 在当今高度集成、追求极致性能的超大规模集成电路(VLSI)设计领域,对芯片功耗和信号完整性的管理已成为决定最终产品成败的关键因素。随着晶体管密度的不断攀升和工作频率的持续提高,电源分配网络(PDN)的设计复杂性呈指数级增长。一个设计不良的PDN不仅会直接导致电路性能下降、时序错误,还可能引发严重的可靠性问题,如电迁移(Electromigration)和静电放电(ESD)。 本书旨在为资深工程师、高级研究人员和研究生提供一个全面而深入的视角,探讨构建健壮、高效的VLSI电源分配系统的理论基础、建模方法、设计流程以及先进的优化技术。我们避免停留在基础知识的重复介绍,而是聚焦于前沿挑战和行业实践中的关键决策点。 第一部分:基础理论与建模范式 本部分首先构建理解PDN行为的理论框架,重点在于如何精确地捕捉物理现实与数学模型之间的映射关系。 1. 芯片级功耗模型与动态电流需求分析: 深入剖析现代CMOS电路的瞬态功耗特性。我们探讨了如何从晶体管级的开关活动、亚阈值泄漏以及动态功耗中提取出精确的电流激励源模型。关键内容包括:统计学驱动的电流尖峰建模、对不同负载类型(如存储器阵列、高频PLLs)的电流特征分析,以及如何构建能够准确预测片上电流谱的算法。特别关注在不同工艺节点下,亚阈值泄漏对整体静态功耗模型的冲击。 2. 电源网络的等效电路建模: 电源网络的本质是一个复杂的RLC分布式系统。本章详细阐述了将复杂的片上和片外互连结构抽象为可分析的等效电路模型的方法。这包括对封装寄生参数(封装引线电感、封装电容)的精确提取技术,以及如何利用平面电感、金属线电阻和去耦电容来构建高精度、低频至高频的PDN阻抗模型。重点讨论了平面(Plane)的有限电导率对电流分布的影响。 3. 阻抗分析与核对(PDN Impedance Analysis): 这是PDN设计的核心指标。我们深入探讨了目标阻抗(Target Impedance)的设定原则,该原则由系统级电压裕度、芯片动态电流需求和工艺特性共同决定。内容涵盖:频域分析中,如何利用拉普拉斯域分析技术,结合传输线理论,对PDN的谐振点、带宽和阻尼特性进行精确预测。同时,介绍时域仿真中,如何处理大尺度系统的非线性响应,并确保仿真结果的收敛性。 第二部分:关键设计模块与技术实现 本部分侧重于PDN设计中的具体实施策略和关键硬件组件的设计考量。 4. 稳压器(On-Die Regulation)的设计与集成: 随着系统电压的持续降低,片上稳压器(如SVR/VRM)变得不可或缺。本章详述了高性能电压调节器的设计挑战,包括快速瞬态响应、高效率与小面积的权衡。深入分析了反馈环路的稳定性、补偿技术,以及如何将电压调节器与周围的数字/模拟电路进行有效隔离,以避免反馈噪声耦合至敏感电路。 5. 去耦电容(Decoupling Capacitors, DEC)的布局优化: 去耦电容是吸收瞬态电流、控制阻抗的关键手段。本章超越了简单的电容值计算,聚焦于电容在芯片上的最佳空间分布策略。探讨了不同类型电容(如金属层间电容、MOM电容、MOS电容)的特性差异、布局密度对局部阻抗的影响,以及如何利用先进的布线算法来优化去耦电容的连接路径,最大化其有效性。 6. 封装与互连的影响: 芯片的性能受到封装技术的强力制约。本部分探讨了从引线键合(Wire Bonding)到倒装芯片(Flip-Chip)封装,再到先进的2.5D/3D集成中,封装寄生参数对片上PDN性能的耦合效应。重点分析了TSV(Through-Silicon Via)的电感和电阻特性,以及如何将这些封装效应纳入整体的PDN协同设计流程中。 第三部分:高级分析与系统级验证 本部分关注如何将PDN分析集成到整个设计流程中,并应对多核、异构系统带来的新挑战。 7. 电迁移(Electromigration, EM)与可靠性分析: 电源网络设计不仅关乎性能,更关乎寿命。本章详细介绍了基于电流密度和温度分布的电迁移风险评估方法。内容包括:金属线电流密度的精确计算(考虑不均匀电流分布)、温度建模对电迁移寿命的影响,以及如何通过优化金属层选择和线宽设计来满足严格的寿命标准。 8. 跨域与电源完整性(Power Integrity, PI)的协同验证: 现代SoC设计中,数字、模拟、RF等不同域的功耗模式差异巨大。本章讨论了如何建立跨域的功耗模型,并利用多物理场仿真技术(如热-电-机械耦合)来评估电压跌落(IR Drop)和噪声裕度。关键在于建立一套高效的、能够处理多核并发负载场景的验证平台。 结论:面向未来的PDN设计 本书最后总结了当前领域面临的挑战,如极低电压下对噪声的超高敏感性、异构集成带来的复杂电源路径管理,以及AI驱动设计对实时电压响应的需求。它展望了新兴的解决方案和设计范式,强调了在设计初期就必须将PDN考虑在内的“自顶向下”的设计哲学。 本书特色: 本书的结构旨在提供一个从物理现象到抽象模型,再到实际工程实现的完整闭环。它专注于解决业界最棘手的问题,提供深入的数学推导和实际案例分析(此处应为书中实际的案例说明,但为避免内容泄露,仅作描述),帮助读者构建起对电源分配网络复杂性的深刻理解,从而设计出满足未来高性能、低功耗要求的下一代集成电路。

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用户评价

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这本书的结构组织逻辑性强得令人称赞,但绝非一板一眼的刻板。它似乎是按照一个真实的项目周期来组织的:从需求定义(功耗预算、时序要求),到初步架构设计(平面选择、电源网络拓扑),再到详细的后仿真和验证。这种线性的叙事方式,让我可以很自然地将书中的知识点串联起来。我尤其喜欢它对“Trade-off”的探讨。例如,在选择电源扇出结构时,它没有给出唯一的“最优解”,而是详细分析了高扇出比和低扇出比在面积、延迟和噪声容忍度上的权衡。这种开放式的讨论,培养了一种批判性思维,而不是盲目遵循某一种设计范式。对于资深的工程师来说,这本书能帮他们系统梳理过去碎片化的经验;对于初学者,它提供了一个结构化的学习路径,避免了东一榔头西一棒子的学习状态。

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我对这本书的整体印象是,它在方法论的深度上远超我预期的同类书籍。我原本以为这只是本偏重于设计规则和工具使用的手册性质的书籍,但实际上,它深入探讨了设计哲学。例如,在讨论多层金属层优化布局时,作者引用了大量的Case Study,对比了不同金属堆叠策略对整体阻抗控制的长期影响。这种前瞻性的视角非常宝贵,它不只关注当前设计周期的性能达标,更考虑了制造可行性和长期可靠性。特别是关于Power Integrity(PI)与Signal Integrity(SI)耦合分析的部分,处理得极其精妙。它没有将两者割裂开来,而是展示了如何通过统一的建模方法来解决跨域问题。我特别欣赏作者在阐述复杂数学模型时,总能找到一个非常形象的物理类比来辅助理解,这极大地降低了理解门槛,使得即便是对半导体物理有一定了解但缺乏PDN专长的读者也能迅速抓住核心要点。

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这本书的叙事风格非常独特,夹杂着一种近乎于“行业内行话”的亲切感,读起来一点都不觉得枯燥。它在介绍一些较为晦涩的概念时,会穿插一些对业界标准和历史演变的简短评论,这使得整个阅读体验非常生动。例如,关于片上去耦电容(Decoupling Capacitor)的放置策略,作者不仅仅是给出了标准的规则,还回顾了过去几年里不同工艺节点下DCap有效性的变化趋势,这让我对设计决策背后的“为什么”有了更深层次的理解。此外,书中对新兴技术如3D IC和Chiplet架构下PDN挑战的探讨,也显示出作者对行业前沿的敏锐洞察力。这些内容不是主流教材会涵盖的,但对于希望保持技术领先的工程师来说,至关重要。总而言之,它像是一位经验丰富的老兵在与你促膝长谈,充满了真知灼见。

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这本关于大规模集成电路(VLSI)电源分配网络设计的书,我得说,从头到尾都给我一种非常扎实的工程实践感。它不是那种高屋建瓴地谈理论,而是直接把你拉到晶圆厂或者仿真软件前线。我印象最深的是关于IR Drop分析那几个章节,作者对串扰、地弹的讲解非常到位,不仅仅是告诉你“要计算”,更是告诉你“怎么算才更贴近实际”。尤其是在处理高频噪声和片上电源稳定性时,那些关于封装寄生参数提取和去嵌入的讨论,简直是干货满满。我以前在做收敛性测试时经常卡壳,读完后才明白问题出在哪里——原来是对不同负载模型下的动态响应模拟考虑得不够周全。这本书的图表清晰度极高,很多流程图直接可以作为项目Checklist来用,对于刚接触PDN设计的工程师来说,简直是避开了无数个“坑”。它真正做到了理论与实战的无缝对接,让人感觉像是有一位经验丰富的前辈在身边手把手指导,而不是面对一本冷冰冰的教科书。

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我必须指出这本书在深入探讨设计流程的细节方面达到了一个令人敬佩的水平。特别是关于后布局(Post-Layout)阶段的验证和签核(Sign-off)流程的描述,可以说是详尽入微。作者没有回避实际工程中经常遇到的那些最棘手的兼容性问题——比如不同EDA工具间模型差异导致的仿真结果不一致,以及如何通过定制化的脚本来桥接这些鸿沟。那些关于如何设置仿真网表的技巧,以及如何解读复杂的波形数据以定位真正的性能瓶颈,这些实战经验的价值,远超书本本身的定价。这本书成功地将复杂、抽象的电磁理论和具体、琐碎的工程实现步骤完美地融合在一起,形成了一套完整的、可操作的设计方法论。它不仅仅是教授知识,更是培养一种系统性的、以解决实际问题为导向的工程思维。

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