纳米数字集成电路的偏差效应分析与优化:从电路级到系统级

作者:靳松、韩银和

出版:清华大学出版社

年代:2019 更多图书信息

电子纸书:¥45.54 定价: ¥69 纸质书最低¥60.9起,点此购买

图书简介

晶体管特征尺寸随着制造工艺的进步而不断缩小。这种趋势虽然提高了芯片的性能,却恶化了集成电路的参数偏差效应,对电路在其服役期内的可靠性造成了严重的威胁和挑战。本书主要涉及在纳米工艺下较为严重的晶体管老化效应G负偏置温度不稳定性和制造过程中引起的参数偏差。介绍了参数偏差效应产生的物理机制及对电路服役期可靠性的影响,并提出了从电路级到系统级的相应的分析、预测和优化方法。

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本书可作为大规模集成电路设计或可靠性设计工程师的参考资料,也可作为电子专业研究生的参考书。

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目录

第1章 绪论………………………………………………………………… 1
1.1 工艺偏差…………………………………………………………… 2
1.2 NBTI效应………………………………………………………… 5
1.3 章节组织结构……………………………………………………… 9
第一部分 电路级参数偏差分析和优化
第2章 国内外研究现状…………………………………………………… 15
2.1 硅前老化分析和预测…………………………………………… 15
2.1.1 反应G扩散模型…………………………………………… 15
2.1.2 基于额定参数值的NBTI模型………………………… 17
2.1.3 考虑工艺偏差的老化统计模型和分析………………… 21
2.2 在线电路老化预测……………………………………………… 25
2.2.1 基于时延监测原理的在线老化预测方法……………… 25
2.2.2 超速时延测试…………………………………………… 28
2.2.3 基于测量漏电变化原理的在线老化预测方法………… 35
2.3 相关的优化方法………………………………………………… 37
2.3.1 电路级优化……………………………………………… 37
2.3.2 体系结构级优化………………………………………… 39
第3章 面向工作负载的电路老化分析和预测…………………………… 40
3.1 老化分析和预测方法概述……………………………………… 40
3.2 关键通路和关键门的识别……………………………………… 41
3.2.1 潜在关键通路识别……………………………………… 42
3.2.2 潜在关键通路的精简…………………………………… 43
3.2.3 关键门的识别…………………………………………… 46
3.3 占空比的求解…………………………………………………… 46
3.3.1 时延约束………………………………………………… 48
3.3.2 占空比取值约束………………………………………… 49
3.4 实验及结果分析………………………………………………… 50
3.5 本章小结………………………………………………………… 53
第4章 电路老化的统计预测和优化……………………………………… 54
4.1 硅前电路老化的统计预测和优化……………………………… 55
4.1.1 门级老化统计模型……………………………………… 55
4.1.2 统计关键门的识别……………………………………… 59
4.1.3 门设计尺寸缩放算法…………………………………… 61
4.1.4 实验及结果分析………………………………………… 62
4.2 硅前和硅后协同的电路老化统计分析和预测………………… 66
4.2.1 方法概述………………………………………………… 67
4.2.2 目标通路的识别………………………………………… 68
4.2.3 硅后学习………………………………………………… 69
4.2.4 实验及结果分析………………………………………… 71
4.3 本章小结………………………………………………………… 74
第5章 在线电路老化预测………………………………………………… 75
5.1 基于时延监测原理的在线电路老化预测方法………………… 75
5.1.1 双功能时钟信号生成电路……………………………… 77
5.1.2 抗工艺偏差影响的设计考虑…………………………… 84
5.1.3 实验及结果分析………………………………………… 85
5.1.4 本节小结………………………………………………… 94
5.2 基于测量漏电变化原理的在线电路老化预测方法…………… 94
5.2.1 漏电变化与时延变化之间相关性的刻画……………… 96
5.2.2 漏电变化的测量………………………………………… 99
5.2.3 实验及结果分析……………………………………… 102
5.2.4 本节小结……………………………………………… 106
第6章 多向量方法优化电路老化和漏电……………………………… 107
6.1 单独优化NBTI效应导致的电路老化………………………… 108
6.1.1 控制向量的生成……………………………………… 108
6.1.2 最佳占空比的求解…………………………………… 110
6.1.3 硬件实现……………………………………………… 111
6.1.4 实验及结果分析……………………………………… 112
6.2 电路老化和静态漏电的协同优化……………………………… 113
6.2.1 协同优化模型………………………………………… 115
6.2.2 最佳占空比的求解…………………………………… 116
6.2.3 实验及结果分析……………………………………… 117
6.3 本章小结………………………………………………………… 120
第二部分 系统级参数偏差分析和优化
第7章 参数偏差在系统级的表现和影响……………………………… 123
7.1 参数偏差对于多核处理器性能的影响………………………… 123
7.2 基于电压/频率岛的全局异步G局部同步设计方法…………… 125
第8章 相关的国内外研究现状………………………………………… 127
8.1 系统级偏差建模和分析方法…………………………………… 127
8.2 基于全局异步G局部同步设计的系统级偏差优化方法………… 129
第9章 参数良品率感知的多处理器片上系统能耗统计优化方法…… 133
9.1 背景知识介绍…………………………………………………… 134
9.1.1 目标平台与应用……………………………………… 134
9.1.2 能耗模型……………………………………………… 135
9.1.3 延迟模型……………………………………………… 136
9.1.4 统计任务调度………………………………………… 136
9.2 统计能耗优化方法……………………………………………… 137
9.2.1 问题归纳……………………………………………… 137
9.2.2 优化方法概述………………………………………… 137
9.2.3 统计偏差模拟………………………………………… 138
9.2.4 统计能耗优化………………………………………… 141
9.2.5 统计任务调度和操作电压配置……………………… 142
9.2.6 统计电压/频率岛划分………………………………… 144
9.3 实验数据及分析………………………………………………… 145
9.3.1 实验环境……………………………………………… 145
9.3.2 实验结果……………………………………………… 146
9.4 本章小结………………………………………………………… 151
第10章 面向三维多核片上系统的热感知硅后能耗优化方法………… 152
10.1 背景知识介绍………………………………………………… 153
10.1.1 目标平台与应用…………………………………… 153
10.1.2 面向三维SoC的能耗模型和延迟模型…………… 154
10.1.3 三维热模型………………………………………… 154
10.1.4 面向三维芯片的统计偏差模拟…………………… 155
10.2 优化框架……………………………………………………… 156
10.2.1 能效感知的任务调度……………………………… 157
10.2.2 任务迁移算法……………………………………… 160
10.3 实验结果及分析……………………………………………… 163
10.3.1 实验配置及说明…………………………………… 163
10.3.2 实验结果…………………………………………… 165
10.4 结论…………………………………………………………… 168
参考文献…………………………………………………………………… 169
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作者:靳松、韩银和
出版:清华大学出版社

ISBN:9787302522997

出版日期:2019-06-01

清华大学出版社

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清华大学出版社成立于1980年6月,是由教育部主管、清华大学主办的综合出版单位。植根于“清华”这座久负盛名的高等学府,秉承清华人“自强不息,厚德载物”的人文精神,清华大学出版社在短短二十多年的时间里,迅速成长起来。作为来自一流大学的出版单位,清华大学出版社始终坚持弘扬科技文化产业、服务科教兴国战略的出版方向,把出版高等学校教学用书和科技图书作为主要任务,并为促进学术交流、繁荣出版事业设立了多项出版基金,逐渐形成了以出版高水平的教材和学术专著为主的鲜明特色,在教育出版领域树立了强势品牌。目前,清华版教材已在全国一百多所院校得到广泛使用。高品质、多层次的计算机图书是清华大学出版社的一大品牌支柱。20世纪80年代末,在席卷全球的信息化浪潮中,清华大学出版社快速切入计算机图书市场,逐渐成为并一直保持这一市场的领先地位,为发展中国计算机教育做出了巨大贡献。

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