前言

在當(dāng)今信息化的社會(huì)中,集成電路已成為各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化的基礎(chǔ)。無論是在軍事還是民用上,它已起著不可替代的作用。集成電路產(chǎn)業(yè)是全球范圍內(nèi)的核心高科技產(chǎn)業(yè)之一，具有戰(zhàn)略性和市場性雙重特性。在國防和國家安全領(lǐng)域，集成電路起著維護(hù)國家利益，捍衛(wèi)國家主權(quán)的關(guān)鍵作用；在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和增強(qiáng)綜合國力的過程中，集成電路又是核心競爭力的具體表現(xiàn)。自20世紀(jì)中期以來，集成電路產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律飛速發(fā)展。集成電路產(chǎn)業(yè)的興起奠定了現(xiàn)代信息技術(shù)的基石，現(xiàn)代信息技術(shù)正迅速地改變世界人們的生活方式，沒有半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展就沒有信息技術(shù)日新月異的變化。

集成電路后端設(shè)計(jì)技術(shù)是集成電路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，宇航級、軍用級和高性能級芯片都需要先進(jìn)的后端設(shè)計(jì)技術(shù)來支撐。目前我國集成電路后端設(shè)計(jì)能力遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家，而且高端的后端設(shè)計(jì)技術(shù)基本被少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家的集成電路設(shè)計(jì)公司所壟斷，因此發(fā)展和提高我國集成電路后端設(shè)計(jì)能力具有打破國外技術(shù)壟斷和封鎖的重要意義。

本書主要內(nèi)容

全書共有14章，第1～2章概述集成電路發(fā)展?fàn)顩r及后端設(shè)計(jì)方法，第3～14章講解集成電路后端設(shè)計(jì)技術(shù)。

?第1章簡要介紹集成電路發(fā)展?fàn)顩r和重要性，使讀者對集成電路行業(yè)有一個(gè)初步的了解。

?第2章簡要介紹集成電路后端設(shè)計(jì)方法和業(yè)界主流的后端設(shè)計(jì)工具，使讀者對后端設(shè)計(jì)有廣度上的認(rèn)識(shí)。

第一部分 后端全定制設(shè)計(jì)及實(shí)戰(zhàn)

?第3章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)技術(shù)的理論知識(shí)。標(biāo)準(zhǔn)單元庫是集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它的質(zhì)量和性能對集成電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。具備自行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元庫的后端設(shè)計(jì)能力能夠大大提升集成電路的設(shè)計(jì)性能并對特殊需求的設(shè)計(jì)進(jìn)行靈活優(yōu)化。

?第4章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元電路設(shè)計(jì)技術(shù)。在CMOS工藝下，一個(gè)給定的邏輯功能可以通過多種電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。該章將介紹幾種比較常見的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，使讀者學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)單元電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法。

?第5章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元電路設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)。該章將講解基于AMD公司的全定制時(shí)序單元HLFF的電路設(shè)計(jì)過程，使讀者學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)單元電路在實(shí)際工程應(yīng)用中的基本設(shè)計(jì)技術(shù)。

?第6章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元版圖設(shè)計(jì)技術(shù)。在完成單元電路的設(shè)計(jì)之后，就進(jìn)入版圖設(shè)計(jì)階段。不管對于數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)還是模擬混合集成電路設(shè)計(jì)，版圖設(shè)計(jì)都是必不可少的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

?第7章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元版圖設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)。該章將介紹基于AMD公司的全定制時(shí)序單元HLFF的版圖設(shè)計(jì)過程，該HLFF單元的版圖設(shè)計(jì)環(huán)境基于TSMC130的制造工藝要求，使讀者學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)單元版圖在實(shí)際工程應(yīng)用中的基本設(shè)計(jì)技術(shù)。

?第8章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元特征化技術(shù)。對一個(gè)復(fù)雜芯片中的每一個(gè)模塊，不論是簡單的標(biāo)準(zhǔn)單元（如NAND、NOR等），還是復(fù)雜的定制設(shè)計(jì)模塊（如RAM或處理器核等）都需要一個(gè)時(shí)序模型。

?第9章講解后端全定制設(shè)計(jì)之標(biāo)準(zhǔn)單元特征化實(shí)戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)完成標(biāo)準(zhǔn)單元的原理圖和版圖后，時(shí)序分析工具需要讀取該單元的時(shí)序信息，比如綜合工具需要知道單元的邏輯功能、單元實(shí)際的輸入負(fù)載電容、在不同輸入斜率和輸出負(fù)載情況下單元的延時(shí)和功耗、單元的面積等，單元時(shí)序信息特征化就是用模擬仿真器來提取標(biāo)準(zhǔn)單元以上信息的過程。通過時(shí)序信息特征化提供單元的時(shí)序數(shù)據(jù)給多種時(shí)序分析工具使用。

第二部分 后端半定制設(shè)計(jì)及實(shí)戰(zhàn)

?第10章講解后端半定制設(shè)計(jì)之物理實(shí)現(xiàn)技術(shù)。當(dāng)ASIC設(shè)計(jì)完成前端邏輯綜合并生成了門級網(wǎng)表后，接下來的任務(wù)就是門級網(wǎng)表的物理實(shí)現(xiàn)，即把門級網(wǎng)表轉(zhuǎn)換成版圖（Layout），這個(gè)過程通常稱為半定制后端設(shè)計(jì)。在半定制設(shè)計(jì)流程中，數(shù)字后端是指自動(dòng)布局布線（Auto Place and Route，APR）物理實(shí)現(xiàn)。

?第11章講解后端半定制設(shè)計(jì)之OpenSparcT1-FPU布局布線實(shí)戰(zhàn)。該章基于OpenSparcT1里浮點(diǎn)處理器單元（Floating-point Processor Unit，F(xiàn)PU）的物理實(shí)現(xiàn)來講解布局布線設(shè)計(jì)過程，使讀者學(xué)習(xí)半定制設(shè)計(jì)中布局布線在實(shí)際工程應(yīng)用中的基本設(shè)計(jì)技術(shù)。

?第12章講解后端半定制設(shè)計(jì)之OpenSparcT1-FPU電壓降分析實(shí)戰(zhàn)。該章基于

OpenSparcT1里浮點(diǎn)計(jì)算單元部件（Floating-point processor unit，F(xiàn)PU）的物理實(shí)現(xiàn)結(jié)果講解電壓降分析過程，使讀者學(xué)習(xí)半定制設(shè)計(jì)中電壓降分析在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

第三部分 靜態(tài)時(shí)序分析及實(shí)戰(zhàn)

?第13章講解靜態(tài)時(shí)序分析技術(shù)。隨著芯片尺寸的減小和集成度密集化的增強(qiáng)、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度的增加、電路性能要求的提高，它們都對芯片內(nèi)的時(shí)序分析提出了更高的要求。靜態(tài)時(shí)序分析是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它能驗(yàn)證設(shè)計(jì)在時(shí)序上的正確性，并決定設(shè)計(jì)是否能夠在要求的工作頻率下運(yùn)行。

?第14章講解靜態(tài)時(shí)序分析實(shí)戰(zhàn)。該章基于OpenSparcT1里浮點(diǎn)計(jì)算單元部件（Floating-point processor unit，F(xiàn)PU）的物理實(shí)現(xiàn)來講解靜態(tài)時(shí)序分析過程，使讀者學(xué)習(xí)靜態(tài)時(shí)序分析在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

最后，非常感謝我的導(dǎo)師張民選教授和項(xiàng)目指導(dǎo)老師李少青研究員傳授我集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)，同時(shí)感謝icdream論壇模擬部件設(shè)計(jì)板塊版主吳占托先生為本書實(shí)戰(zhàn)素材的運(yùn)行環(huán)境提供的大力支持。在本書的編寫過程中，得到了機(jī)械工業(yè)出版社華章分社的大力支持，在此，對他們表示誠摯的感謝。

集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，對許多問題作者并未作深入研究，一些有價(jià)值的新內(nèi)容也來不及收入本書，加上作者知識(shí)水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。