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VLSI系统设计 VLSI系统设计的核心: 本章概要： 系统及系统集成 VLSI设计方法与管理 VLSI设计技术基础与主流制造技术 新技术对VLSI的贡献 设计问题与设计工具 系统集成发展过程 1.1 系统及系统集成 电子信息系统应该能够及时地捕捉信息、处理信息、传递信息。 信息除了自然界的物理量，还包含了需求，包含了方法，包含了信息处理系统设计者的知识甚至是文化。 VLSI系统采用电子信息处理方式对信息进行感知和处理，将广义的信息转换成狭义的电子信息并进行处理。 信息和信息处理可以是链式的，也可以是并发的。 1.1.1 信息链 1.1.2 模块与硬件 1.1.2 模块与硬件 1.1.3 系统集成 1.2 VLSI设计方法与管理 设计层次与设计方法 复杂性管理 版图设计理念 1.2.1 设计层次与设计方法 第一个层次是硬件系统的设计 第二个层次是版图设计 第三个层次是工艺设计（选择） 1.2.1 设计层次与设计方法 工艺与设计分离：设计中心和代工厂。代工厂提供标准工艺，设计者只需按照标准工艺流程与参数设计系统，代工厂就能够确保设计的实现。 采用自顶向下（Top Down）和由底向上（Bottom Up）的设计方法。 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 5个主要设计步骤： 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 为什么没有工艺设计？ 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.1 设计层次与设计方法简单的例子：准静态D触发器设计 功能描述 逻辑结构设计 电路及器件参数设计 单元版图设计 版图合成 1.2.2 复杂性管理 抽象提取 将设计问题抽象成不同设计层次，对每个层次准确地描述所需开展的工作。 分级管理 将相应层次设计问题再逐级分解，进一步降低复杂程度，进行分级管理。 设计规则化、模块化 采用规则化的结构，尽量利用重复单元构造系统。 按照功能将系统分为若干功能模块，在统一的规则下各模块独立设计。 全局优化和局部优化 全局的优化过程由CAD算法实现。 局部优化基于“专家系统”，包括了性能、面积、资源利用率等设计优化。 设计工具 1.2.3 版图设计理念 版图设计是在限定的工艺、尺寸和形式下对特定的电路进行设计，版图设计的多样性和经验性使得版图很难有一个严格的规定，因此，设计理念就成为重要的设计指南。 设计理念： 将系统的分析计算部分和外界接口分开进行设计。 分析计算部分采用高度规则的结构以降低版图实现的难度，提高设计效率； 与外界进行信息交换的接口部分采用高度优化的单元形式，以提高电路或系统的性能和可靠性。 1.2.3 版图设计理念 版图设计大致可以分为三个主要层次： 基本单元版图设计； 版图生成单元基本结构设计； 系统版图布局布线设计。 1.3 VLSI设计技术基础与主流制造技术 系统、逻辑与电路设计技术基础 器件与工艺技术基础 版图设计技术基础 集成电路计算机辅助设计技术基础 对系统、逻辑、电路、器件、工艺和版图的分析能力 VLSI制造的主流技术：CMOS 1.4 新技术对VLSI的贡献 1.4 新技术对VLSI的贡献 晶圆尺寸增大 Sub-100nm光刻技术 互连线技术 新器件结构与新材料 1.5 设计问题与设计工具 1.6 系统集成发展过程 1.6 系统集成发展过程 东南大学MEMS教育部重点实验室, 南京 Key Laboratory of MEMS of Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China VLSI系统设计-1 东南大学电子科学与工程学院 VLSI系统设计-1