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版 次:初版
开 本:32开
包 张:平装
内容简介
现代超大规模集成电路中互连线的重要性日益增加,本书对VLSI互连线的当前问题提供面向物理设计的全面论述,包括了互连线分析和综合两方面内容。本书为集成电路计算机辅助设计领域的研发人员提供了关于互连线分析、设计和优化的有力工具和前沿方法。它将以前散布于各种文献中的大量信息加以整合,深入解释各种互连线分析技术,并介绍了对互连线进行综合和优化的各种算法,同时还给出了许多来自半导体工业界的实例和结果。
【作者简介】
陈中宪,博士,美国加州大学圣迭哥分校计算机科学与工程系教授,电子与计算机工程系联合教授;
目录
第1章引言
1.1概述
1.2本书的结构
1.2.1建模和分析
1.2.2综合
第2章互连线模型
2.1工艺发展趋势
2.2器件件和互连线的尺寸缩小
2.2.1时序
2.2.2噪声
2.2.3功耗
2.2.4可靠性
2.3互连线模型
2.3.1电阻元件
2.3.2电容元件
2.3.3电感元件
2.3.4RC模型
2.3.5RLC模型
2.4电容耦合的影响
2.4.1阶跃输入的输出响应
2.4.2斜坡输入的输出响应
2.5电感耦合的影响
2.6传输线模型
2.7功耗
2.8互连线的可靠性
参考文献
第3章器件模型
3.1引言
3.2器件的I-V特性
3.3器件模型的一般形式
3.4器件模型的显式表达式
3.5使用查找表描述的器件模型
3.6等效电容模型
参考文献
第4章互连分析
4.1引言
4.2时域分析
4.2.1RLC网络分析
4.2.2RC网络分析
4.2.3矩阵的性质
4.2.4时域响应
4.3S域分析
4.4通过矩阵近似进行电路约简
4.5使用分量匹配法进行分析
4.5.1分量的概念
4.5.2使用中心分量进行延迟估计
4.5.3Pade近似
4.5.4使用互连树推导分量公式
4.5.5Pad6近似和PVL矩阵近似的联系
4.5.6RLC和RC网络的电压-时间面积
4.5.7斜坡输入的容性耦合输出
4.5.8单个树结构的Elmore模型(一阶分量)分析
4.5.9版图驱动的分析过程
4.5.10RC树约简的π输出模型
4.6传输线
4.6.1阶跃输入响应
4.6.2衰减、相移和特征阻抗
4.6.3反射波和传递波
参考文献
第5章电感和片上互连的感性耦合
5.1引言
5.1.1考虑片上电感的特殊性
5.1.2高速脉冲的频谱和重要频率
5.1.3电感计算
5.1.4考虑趋肤效应和邻近效应的电阻计算
5.2关于片上电感需考虑的问题
5.2.1解决频变电阻和电感带来的问题
5.2.2最差情况和电感对延迟和串扰的影响
5.2.3什么时候需要考虑片上电感
5.3考虑电感影响的芯片设计技术
5.3.1专门的地线
5.3.2差分信号
5.3.3缓冲器插入
5.3.4劈线
5.3.5端接
5.3.6连续的电源/地平板
5.4总结
参考文献
第6章综合技术:回顾与静态结构优化
6.1引言
6.2互连线综合回顾
6.2.1延迟估计
6.2.2设计空间
6.2.3问题描述
6.2.4变尺度系数
6.2.5延迟估计误差
6.3静态布线结构的优化
6.3.1通用定义
6.3.2描述
6.3.3算法框架
6.3.4最大化需求到达时间
6.3.5时延约束的总电容最小化
6.3.6考虑信号偏差
6.4总结、讨论及进一步的工作
6.5习题
参考文献
第7章.全局布线结构综合
7.1引言
7.2背景与回顾
7.3预备知识
7.3.1延迟模型
7.3.2图、树及其配置
7.4寻找高质量的漏点配置
7.4.1层次式构造和重新设计
7.4.2遍历长度最短化
7.5为一种给定配置构造树
7.5.1回顾
7.5.2基于面积最小的布线:P-TreeA算法
7.5.3基于性能的布线;P-TreeAT算法
7.5.4复杂性
7.5.5cq-集大小的启发式限制
7.6实验
7.7总结与讨论
7.7.1加速技术与类P-Tree算法
7.7.2通用化延迟模型
7.8课后阅读
7.9习题
参考文献
第8章多源线网的优化
8.1引言
8.2预备知识与描述
8.3ELMORE模型下的ARD(T)线性计算时间
8.4转换器插入算法
8.4.1一个例子
8.4.2解的表征
8.4.3PWL操作
8.4.4解域
8.4.5全局算法
8.4.6讨论
8.5总结、讨论与课后阅读
8.6习题
参考文献
第9章时延驱动的迷宫布线
9.1引言
9.2假设
9.3描述
9.4算法
9.4.1域
9.4.2一种漏到源的无缓冲器约束的迷宫布线
9.5设置标记的逐步求精技术
9.6例子
9.7描述9.2的算法
9.8结合缓冲器插入
9.9复杂性
9.10总结与讨论
9.11习题
参考文献
术语表
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要实现网络互连,最关键就是要做到透明。也就是说,任何网络的互连对网络用户而言只是感觉在网络上增加了更多的用户,而对于互连在一起的网络的体系结构无须作任何的改动。更具体地说,“互连”网络的结构对所有用户均是透明的。
计算机网络有多种不同的分类方法。其中,按网络的作用范围进行分类是最常见的一种,一般分为局域网、城域网与广域网。由于技术的发展和变化,城域网很少作为一种网络类型单独提出。因此,根据网络的类型,网络互连可以是LAN—LAN互连,也可以是LAN—WAN(或WLAN—LAN)互连。
网络互连可以在网络体系结构的不同层次上实现,主要有以下几种。
(1)物理层实现互连。在物理层使用转发器或集线器在不同的电缆段之间放大转发信号。转发器和集线器概念上仅是一种信号放大设备,其作用仅用来扩大网络覆盖范围,因而严格意义上讲,转发器并不属于实现多网互连的中继系统。
(2)数据链路层实现互连。数据链路层使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧。
(3)网络层实现互连。网络层使用路由器在不同的网络之间存储转发分组。
(4)网络层以上实现互连。在传输层及应用层使用的网络互连设备是网关。网关提供更高层次的互连。
LAN—LAN互连通常在物理层或数据链路层上实现.网络规模较小时使用转发器(集线器)或网桥(交换机),规模较大时可能还要使用路由器。这是因为在小型网络中,要解决的主要是网段互连和冲突域问题;网络规模较大时,广播域问题就由次要问题上升为主要问题,因此需要使用具有隔离广播域能力的路由器来进ij网络巨连。
LAN—WAN互连是使不同企业或机构的局域网接入范同更大的一体化的网络体系中,如接入Internet。尽管它们所使用的通信线路、刚络协议和网络操作系统,甚至它们的网络体系结构都大不相同,但是这些局域网(往往还包括各种各样的主机系统)在这个一体化的网络中必须共存、互通。所以,LAN—WAN之间的互连只能在网络层或更高层上实现,使用的互连设备也只能是路由器或网关。
另外,为了提高网络的性能及安全、管理的需要,也会考虑将原来很大的网络划分为几个网段和逻辑上的子网,子网之问用网络设备互连起来.例如虚拟局域网的应用。
互连是指不用接插软线或跳线,使用连接器件把一端的电缆或光缆与另一端的光缆、电缆直接相连的一种连接方式。
所谓网络互连就是利用网络互连设备,将分布在不同地域上的计算机网络相连接,以构成更大的网络系统,实现更大范围的数据通信和网络资源共享。互连的各个网络,可以是同类型的网络、不同类型的网络,以及运行不同协议的设备与系统。
实现网络互连,就是在不同的网络体系结构上,选定一个相应的协议层次,使得从该层开始,被互连的网络设备中的高层协议都是相同的,其低层和硬件的差异可通过该层屏蔽,从而使网络用户的应用得以互通。对于网络用户来说,互连的网络结构都是透明的。
通过网络互连技术,我们可以将不同的网络或相同的网络用互连设备连接起来,组成一个范围更大的网络。Internet就是各种类型的网络通过网络互连技术连接起来的。
从结构来看,光互连可以分为:
1)芯片内的互连; 2)芯片之间的互连;3)电路板之间的互连;4)通信设备之间的互连。
从互连所采用的信道来看,光互连可以分为:1)自由空间互连;2)波导互连;3)以及光纤互连 等。
1)自由空间光互连技术
通过在自由空间中传播的光束进行数据传输,适用于芯片之间或电路板之间这个层次上的连接,可以使互连密度接近光的衍射极限,不存在信道对带宽的限制,易于实现重构互连。该项技术是光互连技术中最具吸引力的。 对于自由空间光互连技术,早期的研究主要集中在如何利用技术构成MIN(Multistage Interconnection Network)、Crossbar和Mesh等互联网络,如何在传统二维平面结构电子插件的三维空间上实现光通信,而目前的研究已经深入到VLSI器件的内部。
目前发展最快的多级光互连交换系统是自由空间光互连交换网络。这主要有两个方面的原因:
1)自由空间光互连交换网络除了具有一般的光互连所共有的优点外,还具有易于实现三维网络、互连数大、互连密度高、无接触互连等优点;
2)由于实现自由空间光互连交换网络系统所需要的开关节点阵列器件和二元微光学器件的发展很快,均已接近实用化。
2)波导光互连技术
通过沿光波导传播的光束进行数据传输。该技术的研究进展十分迅速,已经进入市场,部分商用计算机已采用了简单的波导光互连技术,如CrayT90已采用集成光波导H树进行时钟信号分布。 波导互连可以提供高密度互连通道,适用于芯片内或芯片之间这个层次上的互连,采用集成光源和探测器,由集成光路来完成连接,这一种互连目前还不很成熟。
3)光纤互连
最成熟的光波导是光纤,光纤互连技术已有商品出售。光纤互连适用于电路板之间或计算机之间这个层次上的连接,借助于光通讯中的有关先进技术,已进行了好几种互连方案的实验工作。 光纤互连具有频带宽、无电磁干扰、可高密度并行连接、多信号和多扇出、传输速度快、不需接地等优点。光纤的波分光交换技术在MPP系统的互连网络中有自动寻径功能,具有诱人的前景。美国光纤通道协会(FCA:Fiber Channel Association)针对当前光互连技术和光通信技术的发展,制定了一系列的光纤通信标准,对光纤在光纤通信和计算机互连中的使用制定了全面的规范。这些标准的制定,全面推进了光纤光互连技术在计算机中的使用。