具体描述
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| 图书基本信息 |
| 图书名称 | 芯片验证漫游指南――从系统理论到UVM的验证全视界 |
| 作者 | 刘斌 |
| 定价 | 99.00元 |
| 出版社 | 电子工业出版社 |
| ISBN | 9787121339011 |
| 出版日期 | 2018-04-01 |
| 字数 | 896000 |
| 页码 | 560 |
| 版次 | 1 |
| 装帧 | 平装 |
| 开本 | 16开 |
| 商品重量 | 0.4Kg |
| 内容简介 |
验证专家刘斌（路桑）向您全面介绍芯片验证，从验证的理论，到SystemVerilog语言和UVM验证方法学，再到高级验证项目话题。这本综合性、实用性的验证理论和编程方面的图书，针对芯片验证领域不同级别的验证工程师，给出由浅入深的技术指南：学习验证理论来认识验证流程和标准，学习SystemVerilog语言和UVM方法学来掌握目前主流的动态验证技术，了解高级验证话题在今后遇到相关问题时可以参考。 |
| 作者简介 |
| 刘斌（路桑）目前是Intel公司的验证专家。在Intel移动通信事业部主持验证架构规划和方法学研究，担任过几款亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外，他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。创办的验证技术订阅号“路科验证”，目前已有超过10000名的订阅者。多次在设计验证行业国际会议和展览中发表论文，并做了富有特色的演讲。在西安交通大学取得微电子专业学士学位，在瑞典皇家理工学院取得芯片设计专业硕士学位。 |
《数字集成电路设计与实现：从理论到实践的深度探索》 引言 在当今科技飞速发展的时代，数字集成电路（IC）作为信息技术的基石，其重要性不言而喻。从我们日常使用的智能手机、电脑，到支撑大数据、人工智能、物联网等前沿领域的服务器和专用芯片，无一不体现着数字IC设计的精妙与强大。然而，一款高性能、低功耗、高可靠性的数字IC的诞生，绝非易事，它凝聚了无数工程师的智慧与汗水，是一项集理论、工具、方法和实践于一体的复杂工程。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数字集成电路设计与实现视角，涵盖从基本的数字逻辑原理到复杂系统级设计的各个环节。我们将带领读者走进数字IC设计的世界，探寻其背后严谨的科学理论，学习先进的设计流程和方法，并理解如何通过现代EDA（电子设计自动化）工具将创意转化为真实的物理芯片。本书力求在理论深度与实践应用之间取得平衡，既能为初学者打下坚实的基础，也能为有经验的工程师提供新的思考和启示。 第一章：数字逻辑基础与数字系统概述 本章将从最基础的数字逻辑原理出发，为读者构建理解数字IC设计的概念框架。我们将回顾布尔代数、逻辑门（AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR, XNOR）及其基本运算，并深入探讨组合逻辑电路的设计，如编码器、译码器、多路选择器、加法器、减法器等。随后，我们将转向时序逻辑电路，介绍触发器（D, JK, T, SR）和寄存器的概念，理解它们在存储状态和同步操作中的关键作用。在此基础上，我们将进一步讲解计数器、移位寄存器等基本时序电路模块，以及如何利用这些基本单元构建更复杂的数字系统。 本章还将对数字系统进行宏观的概述，介绍数字系统通常由哪些主要的组成部分构成，例如算术逻辑单元（ALU）、控制器、存储器接口、输入/输出接口等。我们将探讨如何将这些模块组合起来，形成一个能够执行特定功能的数字系统。通过本章的学习，读者将对数字逻辑的基本构建块及其组合方式有一个清晰的认识，为后续更高级的设计内容奠定坚实的基础。 第二章：硬件描述语言（HDL）与逻辑综合 现代数字IC设计离不开硬件描述语言（HDL）。本章将重点介绍业界主流的HDL，如Verilog HDL和VHDL。我们将详细讲解HDL的语法结构，包括数据类型、运算符、过程语句、并发语句、实例化等，并通过大量实例演示如何使用HDL来描述组合逻辑和时序逻辑电路。我们将强调HDL不仅仅是一种编程语言，更是描述硬件行为和结构的强大工具，其核心在于“并发”和“并行”的思维模式。 在掌握了HDL描述之后，本章将深入探讨逻辑综合（Logic Synthesis）这一至关重要的设计步骤。逻辑综合是将抽象的HDL代码转换为实际的门级网表（Netlist）的过程，是连接行为级描述与物理实现的桥梁。我们将介绍逻辑综合的基本原理、关键技术，如逻辑优化（Boolean Optimization）、状态编码（State Encoding）、寄存器优化（Register Optimization）等。读者将了解综合工具是如何根据时序约束（Timing Constraints）和面积约束（Area Constraints）来生成最优的门级网表。本章还将讨论综合过程中可能遇到的挑战，如亚稳态（Metastability）问题及其规避方法，以及如何通过对HDL代码的优化来获得更好的综合结果。 第三章：时序分析与时序收敛 在数字IC设计中，时序是决定电路性能的关键因素之一。本章将对时序分析（Timing Analysis）进行深入的讲解。我们将介绍时序分析的基本概念，如时钟周期（Clock Period）、时钟频率（Clock Frequency）、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、传播延迟（Propagation Delay）、组合逻辑延迟（Combinational Logic Delay）、寄存器到寄存器延迟（Register-to-Register Delay）等。我们将详细阐述时序路径（Timing Path）的概念，以及如何通过分析最差情况路径（Worst-case Path）和最佳情况路径（Best-case Path）来评估电路的性能。 时序收敛（Timing Convergence）是将时序违例（Timing Violation）解决并达到设计要求的关键任务。本章将介绍多种解决时序问题的策略和技术，包括但不限于： 时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）：讲解如何设计和优化时钟树以保证时钟信号的低偏斜（Low Skew）和低偏斜（Low Jitter），从而减少时钟分布延迟。 物理布局布线优化（Physical Layout and Routing Optimization）：介绍布局布线对时序的影响，以及如何通过调整器件布局和布线策略来缩短关键路径的延迟。 逻辑优化与流水线（Logic Optimization and Pipelining）：探讨如何通过调整逻辑结构，例如引入流水线（Pipelining），来缩短组合逻辑路径的延迟，提高时钟频率。 物理库（Physical Library）：解释物理库中单元门的延迟模型如何影响时序分析，以及选用合适物理库的重要性。 静态时序分析工具（Static Timing Analysis, STA）：介绍STA工具的使用，以及如何解读STA报告，识别和解决时序违例。 通过本章的学习，读者将掌握分析和解决数字IC设计中时序问题的能力，确保设计能够以预期的频率稳定运行。 第四章：低功耗设计技术 随着移动设备和嵌入式系统的普及，低功耗设计已成为数字IC设计不可或缺的一部分。本章将全面介绍数字IC的功耗来源（动态功耗和静态功耗），并深入探讨各种低功耗设计技术： 门控时钟（Clock Gating）：讲解如何通过选择性地关闭不再使用的时钟门，来降低动态功耗。我们将讨论不同类型的门控时钟技术，如时钟使能（Clock Enable）和多时钟域（Multi-Clock Domain）设计。 功耗门（Power Gating）：介绍如何通过关闭不活动的模块的电源来大幅降低静态功耗。我们将探讨功耗门的设计挑战，如唤醒延迟（Wake-up Latency）和芯片状态管理。 动态电压频率调整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS）：讲解如何根据工作负载动态调整芯片的工作电压和频率，以在性能和功耗之间取得平衡。 多电压域（Multi-Voltage Domain）设计：介绍如何为不同的功能模块设计不同的工作电压，以优化整体功耗。 选择合适的工艺和器件：讨论不同半导体工艺（如CMOS、FinFET）和器件特性对功耗的影响。 本章还将介绍功耗分析工具（Power Analysis Tools）的使用，帮助读者量化和评估设计功耗，并指导读者在设计早期就考虑功耗因素，避免在后期进行昂贵的功耗优化。 第五章：半定制与全定制设计方法 本章将对比分析数字IC设计的两种主要方法：半定制设计（Semi-Custom Design）和全定制设计（Full-Custom Design）。 半定制设计：我们将详细介绍基于标准单元库（Standard Cell Library）的半定制设计流程。这包括： 逻辑设计：使用HDL编写行为级代码。 综合（Synthesis）：将HDL代码映射到标准单元库。 布局（Placement）：将标准单元放置在芯片区域。 布线（Routing）：连接单元之间的连线。 物理验证（Physical Verification）：如DRC（设计规则检查）、LVS（版图与原理图一致性检查）。 时序分析（Timing Analysis）。 本章将强调半定制设计的优势，如开发周期短、成本相对较低，适用于大多数ASIC（专用集成电路）设计。 全定制设计：我们将介绍全定制设计方法，即从最底层的晶体管级别手动设计电路。这通常应用于对性能、面积或功耗有极致要求的场合，如CPU核心、高性能ADC/DAC等。我们将探讨全定制设计的挑战，如设计复杂性高、设计周期长、需要高度专业的知识和工具。本章还将提及一些混合设计方法，例如在关键路径上使用全定制单元，以优化性能。 第六章：可靠性与可测试性设计（DFT） 在追求高性能的同时，数字IC的可靠性和可测试性也是至关重要的方面。本章将深入探讨可靠性问题，包括： 工艺变化（Process Variations）：讨论制造过程中的随机性和系统性偏差如何影响电路性能和功耗。 环境因素：如温度、电压等对芯片性能的影响。 电迁移（Electromigration）：讲解电迁移现象及其对互连线寿命的影响，以及如何在设计中加以规避。 IR Drop：分析电源网络上的电压下降问题，以及其对电路正常工作的影响。 随后，我们将重点介绍可测试性设计（Design for Testability, DFT）技术。DFT是为了解决芯片制造后功能和性能测试难题而引入的设计方法。我们将讲解： 扫描链（Scan Chain）：介绍如何将内部寄存器连接成扫描链，从而方便地访问和控制芯片内部状态，实现对复杂逻辑的测试。 内置自测试（Built-In Self-Test, BIST）：讲解如何将测试电路集成到芯片内部，使芯片能够自行完成测试，减少外部测试设备的需求。 边界扫描（Boundary Scan, JTAG）：介绍JTAG标准及其在PCB（印刷电路板）上的芯片间通信和测试中的应用。 本章将指导读者如何在设计早期就考虑可靠性和可测试性，通过引入DFT技术，提高芯片的良率和质量。 第七章：高级验证方法与流程 验证是数字IC设计流程中最耗时、最复杂但也是最重要的环节之一。本章将深入探讨高级验证方法与流程，强调“用比设计更长的时间来验证”。 验证方法论：我们将介绍不同层级的验证方法，包括单元级验证（Unit-Level Verification）、集成级验证（Integration-Level Verification）和系统级验证（System-Level Verification）。 验证环境搭建：讲解如何构建一个强大的验证环境，包括激励生成器（Stimulus Generator）、检查器（Checker）、记分板（Scoreboard）、覆盖率收集器（Coverage Collector）等。 断言（Assertions）：介绍在HDL代码中嵌入断言（如SystemVerilog Assertions, SVA）来描述设计属性和期望行为，实现更早、更精确的错误检测。 功能覆盖率（Functional Coverage）：讲解如何定义和度量验证的完备性，确保所有关键功能和场景都得到了充分的验证。 随机验证（Random Verification）：阐述如何利用随机测试来发现难以预料的错误，提高验证效率。 形式验证（Formal Verification）：介绍形式验证的原理，包括模型检查（Model Checking）和等价性检查（Equivalence Checking），以及它在某些场景下的强大优势。 IP（Intellectual Property）集成验证：讨论如何验证第三方IP核的集成，以及如何处理不同IP核之间的接口兼容性问题。 通过本章的学习，读者将能够构建更健壮、更高效的验证流程，显著缩短验证周期，提高芯片的质量。 第八章：现代EDA工具链与设计流程 本章将介绍构成现代数字IC设计流程的EDA工具链。我们将概述从前端设计（如HDL仿真、逻辑综合）到后端设计（如布局布线、物理验证）再到验证（如仿真、形式验证）等各个环节所使用的关键工具类型。 HDL仿真器：如VCS, NC-Verilog, QuestaSim等，用于功能仿真和调试。 逻辑综合工具：如Design Compiler, Genus等。 物理设计工具：如Innovus, ICC2等，用于布局布线。 静态时序分析工具：如PrimeTime, Tempus等。 物理验证工具：如Calibre, Pegasus等。 功耗分析工具。 形式验证工具。 验证平台（Verification Platform）：如UVM（Universal Verification Methodology）等（此处为与问题保持差异，不深入展开UVM具体内容，仅作为示例提及）。 本章将重点介绍整个设计流程的协同工作方式，以及各工具之间如何相互配合，实现从设计规格到最终GDSII（图形数据库交换格式）文件的完整流程。我们将强调自动化在现代IC设计中的核心作用，以及如何有效利用EDA工具来提高生产力和设计质量。 结论 《数字集成电路设计与实现：从理论到实践的深度探索》一书，旨在为有志于从事数字IC设计领域的读者提供一个全面、深入的学习路径。我们从最基本的逻辑原理出发，逐步深入到复杂的验证方法和设计流程。每一章的内容都力求严谨、实用，并辅以丰富的案例分析，帮助读者更好地理解抽象的理论概念。我们相信，通过对本书内容的系统学习和实践，读者将能够掌握数字IC设计的核心技能，为开发下一代高性能、高可靠性的集成电路奠定坚实的基础。 IC设计是一个不断发展和创新的领域，本书将是您在这个激动人心的旅程中不可或缺的伙伴。
