【非曼哈頓結構下超大規模集成電路佈線理論與算灋】

編輯推薦

本書介紹了超大規模集成電路相關定義、研究現狀，並提出了對未來研究方向的展望，側重於介紹非曼哈頓結構Steiner樹佈線算灋的構建； 聚焦於當前超大規模集成電路物理設計中研究熱點之一的佈線問題，針對非曼哈頓結構下佈線算灋研究不充分、佈線問題更複雜的問題，展開了全面的分析與調研，設計了更為有效的佈線算灋，構造了高效的非曼哈頓結構下的佈線器，對於理論學習與實踐研究有十分重要的價值。

內容簡介

本書系統討論了非曼哈頓結構下超大規模集成電路佈線設計的理論與算灋，介紹了超大規模集成電路相關定義、研究現狀，並提出了對未來研究方向的展望，側重於介紹非曼哈頓結構Steiner樹布線算灋的構建，其中佈線樹考慮包括線長驅動、時延驅動、單層繞障、多層繞障、Slew約束等因素，設計了包括混合轉換、多階段轉換、預處理、局部處理、基於整數線性規劃和劃分等諸多有效策略，從而構造多種高效的非曼哈頓結構下的佈線器。 本書還介紹了應用於超大規模集成電路佈線問題的群智慧科技。 期望的讀者是電腦行業電子設計自動化方面的大學生、研究生與工程師等相關研究人員。

作者簡介

劉耿耿，男，1988年生，福建南安人，副教授，博士生導師，旗山學者，CCF高級會員，中國電腦學會首届積體電路設計專業組委員，中國電腦學會資訊系統專委會委員，福建省人工智慧學會理事。 主要從事計算智慧及其應用、積體電路設計算灋、機器學習等方面的研究。 主持1項國家自然科學基金面上項目、1項國家自然科學基金青年項目等6個項目，並參與了5項國家自然科學基金科研專案，在《IEEE Transaction on Cybernetics》、《IEEE Transactions on Industrial Informatics》、《計算機學報》、《自動化學報》等國內外權威刊物和國際會議上發表70多篇學術論文，其中JCR一區18篇，JCR二區3篇，並申請發明專利41件，其中授權8件，獲軟件著作權12項。

目錄

第1章緒論

1.1引言

1.2佈線過程

1.2.1總體佈線

1.2.2詳細佈線

1.2.3軌道分配

1.3佈線樹及佈線算灋研究現狀

1.3.1佈線樹的構造算灋

1.3.2總體佈線算灋

1.4研究展望

1.4.1通孔柱工藝下的VLSI效能驅動層佈線問題

1.4.2多動態電壓晶片設計環境下的VLSI總體佈線問題

1.5本章總結

參考文獻

第2章電路佈線問題中的群智慧科技

2.1引言

2.2簡介

2.3群智慧科技

2.3.1ACO算灋

2.3.2PSO算灋

2.3.3DE算灋

2.3.4ABC算灋

2.3.5FA算灋

2.4超大規模集成電路中的佈線問題

2.4.1Steiner樹

2.4.2總體佈線

2.4.3詳細佈線

2.5使用群智慧科技解决佈線問題

2.5.1ACO算灋的應用

2.5.2PSO算灋的應用

2.5.3DE算灋的應用

2.5.4ABC算灋的應用

2.5.5FA算灋的應用

2.6相關討論

2.6.1基於X結構的多層佈線

2.6.2總體佈線的多動態電壓設計

2.6.3基於先進通孔柱科技的多層佈線

2.7未來研究

2.7.1使用SI的先進科技模型的佈線

2.7.2探索新型可用的SI科技

2.8本章總結

參考文獻

第3章X結構Steiner小樹算灋

3.1引言

3.2基於離散PSO的X結構Steiner小樹算灋

3.2.1XSMT_PSO算灋

3.2.2實驗模擬與結果分析

3.2.3小結

3.3基於離散差分進化的X結構Steiner小樹算灋

3.3.1傳統差分進化演算法

3.3.2算灋設計

3.3.3算灋模擬與實驗結果

3.3.4小結

3.4基於多策略優化離散差分進化的X結構Steiner小樹算灋

3.4.1算灋設計

3.4.2算灋模擬與實驗結果

3.4.3小結

3.5基於文化基因的X結構Steiner小樹算灋

3.5.1MA_XMST算灋

3.5.2實驗模擬與結果分析

3.5.3小結

3.6線長驅動的X結構Steiner小樹算灋

3.6.1引言

3.6.2算灋設計

3.6.3實驗模擬與結果分析

3.6.4小結

3.7本章總結

參考文獻

第4章時延驅動X結構Steiner小樹算灋

4.1引言

4.2時延驅動X結構Steiner小樹算灋概述

4.2.1問題描述

4.2.2算灋設計

4.2.3模擬實驗與結果分析

4.2.4小結

4.3匯延遲驅動的XSMT算灋

4.3.1問題描述

4.3.2算灋設計

4.3.3模擬實驗與結果分析

4.3.4小結

4.4本章總結

參考文獻

第5章單層繞障X結構Steiner小樹算灋

5.1引言

5.2基於離散粒子群優化的X結構繞障Steiner小樹算灋

5.2.1算灋細節

5.2.2考慮可製造性的後續操作

5.2.3參數策略

5.2.4實驗結果

5.2.5小結

5.3快速繞障X結構Steiner小樹算灋

5.3.1引言

5.3.2算灋框架

5.3.3算灋細節

5.3.4實驗結果

5.3.5小結

5.4X結構繞障Steiner小樹四步啟發式演算法

5.4.1算灋細節

5.4.2複雜性分析

5.4.3實驗結果

5.4.4小結

5.5本章總結

參考文獻

第6章多層繞障X結構Steiner小樹算灋

6.1引言

6.2多層繞障X結構Steiner小樹快速啟發式演算法

6.2.1相關工作

6.2.2問題模型

6.2.3算灋的設計

6.2.4實驗結果

6.3本章總結

參考文獻

第7章考慮佈線資源鬆弛的X結構Steiner小樹算灋

7.1引言

7.2相關工作

7.2.1總體佈線

7.2.2Steiner樹

7.2.3主要研究內容

7.3相關理論知識

7.3.1總體佈線概述

7.3.2多動態電壓設計模型

7.3.3Steiner樹概述

7.4問題模型

7.5基於多階段優化的XSMTCRRR算灋

7.5.1初始拓撲的生成

7.5.2預處理及佈線樹的轉換

7.5.3調整

7.5.4冗餘點移除

7.5.5局部拓撲結構優化

7.5.6實驗結果及分析

7.6本章總結

參考文獻

第8章考慮Slew約束的X結構Steiner小樹算灋

8.1引言

8.2相關工作

8.3問題相關定義及模型

8.3.1相關定義

8.3.2Slew約束相關知識

8.3.3問題模型

8.4基於混合離散粒子群優化的Slew約束下X結構Steiner小樹

算灋

8.4.1引脚對編碼方式與初始化

8.4.2預處理策略

8.4.3PSO搜尋

8.4.4局部策略

8.4.5混合修正策略

8.4.6算灋時間複雜度分析

8.4.7實驗結果

8.5本章總結

參考文獻

第9章X結構總體佈線算灋

9.1引言

9.2基於ILP和劃分策略的X結構總體佈線算灋

9.2.1相關研究工作

9.2.2基礎知識

9.2.3ILP模型

9.2.4XGRouter的詳細設計過程

9.2.5實驗結果

9.2.6小結

9.3VLSI中高效能X結構多層總體佈線器

9.3.1加强策略

9.3.2基於3種加强策略後佈線器的新流程

9.3.3算灋的收斂分析

9.3.4算灋模擬與結果分析

9.3.5小結

9.4本章總結

參考文獻

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【超大規模集成電路佈線設計理論與算灋】

內容簡介

本書主要介紹超大規模集成電路中物理設計流程中的總體佈線問題以及Steiner小樹算灋相結合，提出了超大規模集成電路中物理設計流程中多種算灋來構建直角結構Steiner小樹，例如離散PSO以及DABC算灋、絨泡菌算灋等等。 本書還考慮障礙中佈線資源重利用的Steiner小樹構建，並提出了多種策略來進行總體佈線，以及層分配的算灋優化，還基於軌道分配進行詳細佈線的實現，後還實現了基於時分複用科技的多階段FPGA佈線器，並在每一個小節都有其實驗結果與分析。

作者簡介

劉耿耿，副教授，博士生導師，中國電腦學會資訊系統專委會委員，福建省人工智慧學會理事。 主要從事計算智慧及其應用、積體電路設計算灋、機器學習等方面的研究。 主持1項國家自然科學基金面上項目、1項國家自然科學基金青年項目等6個項目，並參與了5項國家自然科學基金科研專案，在《IEEE Transaction on Cybernetics》、《IEEE Transactions on Industrial Informatics》、《計算機學報》、《自動化學報》等國內外權威刊物和國際會議上發表70多篇學術論文，其中JCR一區18篇，JCR二區3篇，並申請發明專利41件，其中授權8件，獲軟件著作權12項。

目錄

第1章緒論

1.1引言

1.2積體電路設計

1.2.1物理設計

1.2.2佈線

1.3總體佈線

1.3.1總體佈線圖

1.3.2總體佈線相關定義

1.3.3總體佈線策略

1.3.4總體佈線方法

1.4Steiner樹

1.4.1Steiner小樹問題模型

1.4.2Steiner樹結構

1.5相關研究

1.5.1MDSV

1.5.2ViaPillar

1.6本章總結

參考文獻

第2章直角結構Steiner小樹算灋

2.1引言

2.2基於離散PSO的直角結構Steiner小樹算灋

2.2.1準備工作

2.2.2BRRA_DPSO

2.2.3實驗結果

2.2.4結論和未來工作

2.3基於離散ABC的直角結構Steiner小樹算灋

2.3.1人工蜂群算灋

2.3.2DABC_OARST算灋

2.3.3效能評估和算灋對比

2.3.4小結

2.4本章總結

參考文獻

第3章繞障直角結構Steiner小樹算灋

3.1引言

3.2基於候選Steiner點的GSTP啟發式演算法框架

3.2.1引言

3.2.2SPCF算灋框架

3.2.3測試與對比

3.2.4小結

3.3基於絨泡菌算灋的繞障直角結構Steiner小樹算灋

3.3.1引言

3.3.2問題模型

3.3.3算灋設計

3.3.4實驗結果

3.3.5結論

3.4本章總結

參考文獻

第4章考慮障礙中佈線資源重利用的直角結構Steiner小樹算灋

4.1引言

4.2相關工作

4.3問題的表示和基礎知識

4.3.1RSMTRERR問題定義

4.3.2約束相關知識

4.4算灋設計

4.4.1佈線圖的生成

4.4.2Steiner樹的構造

4.4.3改善過程

4.5測試結果

4.5.1求解LRSMT問題

4.5.2求解OARSMT_SC問題

4.5.3測試小結

4.6本章總結

參考文獻

第5章直角結構總體佈線算灋

5.1引言

5.1.1緒論

5.1.2國內外研究現狀

5.1.3本章主要工作

5.2問題描述

5.2.1物理設計概述

5.2.2術語和定義

5.2.3總體佈線模型圖

5.2.4總體佈線方法

5.2.5總體佈線的優化目標

5.3CGR：高效的擁塞驅動總體佈線算灋

5.3.1引言

5.3.2問題描述

5.3.3CGR算灋設計與實現

5.3.4實驗結果與分析

5.3.5小結

5.4本章總結

參考文獻

第6章直角結構VLSI層分配算灋

6.1引言

6.2問題描述

6.2.1先進制程下的時延驅動層分配問題

6.2.2考慮匯流排的偏差驅動層分配問題

6.3國內外研究現狀及發展動態分析

6.4基於非默認規則線的時延驅動層分配算灋

6.4.1引言

6.4.2相關知識

6.4.3算灋設計

6.4.4實驗結果

6.4.5小結

6.5通孔尺寸感知的時延驅動層分配算灋

6.5.1引言

6.5.2相關知識

6.5.3模型構建與算灋設計

6.5.4實驗結果

6.5.5小結

6.6基於通孔柱的時延驅動層分配算灋

6.6.1引言

6.6.2相關知識

6.6.3算灋設計

6.6.4實驗結果

6.6.5小結

6.7考慮匯流排的偏差驅動層分配算灋

6.7.1DLA算灋設計與實現

6.7.2實驗結果與分析

6.7.3小結

6.8本章總結

6.8.1研究現狀及成果

6.8.2未來工作展望

參考文獻

第7章基於軌道分配的詳細佈線算灋

7.1引言

7.2問題描述

7.2.1軌道分配問題

7.2.2基於軌道分配的詳細佈線問題

7.3衝突小化的軌道分配算灋

7.3.1引言

7.3.2基於SLDPSO的衝突小化軌道分配算灋

7.3.3模擬實驗與結果分析

7.3.4小結

7.4可佈線性驅動的軌道分配算灋

7.4.1引言

7.4.2算灋設計

7.4.3實驗模擬與結果分析

7.4.4小結

7.5設計規則約束驅動的軌道分配算灋

7.5.1引言

7.5.2算灋設計

7.5.3實驗模擬與結果分析

7.5.4小結

7.6設計規則約束驅動的詳細佈線算灋

7.6.1引言

7.6.2算灋設計

7.6.3實驗模擬與結果分析

7.6.4小結

7.7本章總結

參考文獻

第8章FPGA佈線算灋

8.1引言

8.2基於時分複用科技的多階段FPGA佈線器

8.2.1問題描述

8.2.2佈線框架流程

8.2.3實驗結果

8.2.4小結

8.3一種實用的邏輯驗證架構級FPGA佈線器

8.3.1時分複用科技

8.3.2佈線框架流程

8.3.3實驗結果

8.3.4小結

8.4本章總結

參考文獻

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【通用圖形處理器設計——GPGPU程式設計模型與架構原理】

內容簡介

本書是一本通用GPU晶片為基礎實現晶片設計的專業書籍。 介紹了GPU的基礎理論，GPGPU的軟硬體架構，相關工具以及優化科技。 以通用GPGPU晶片為基礎平臺進行展開，重點深入了晶片的架構設計原理，架構設計理念和程式優化科技，同時以結合AI應用展現效能優勢和特有價值。 通過本書，使讀者能系統瞭解體系結構理論，促進GPGPU晶片架構設計的興趣與學習，不斷瞭解GPGPU晶片科技的新發展，新技術。 本書是國內關於GPGPU晶片架構設計系統性介紹的教材，兼顧理論基礎及實現應用，廣采而精取，層層揭開GPGPU晶片原理。 本書可作為高等院校、科研機構等相關組織從事理論教學或者電腦學科進行科學研究的科學家、工程師的參攷書籍，也可作為高年級大學生和研究生的學習參攷書籍。

作者簡介

景乃鋒，上海交通大學電子信息學院副研究員。 博士畢業於上海交通大學。 研究方向包括：高性能及高可靠性電腦系統與結構，數位電路及電腦輔助設計等。

目錄

第1章GPGPU概述

1.1GPGPU與平行電腦

1.1.1並行體系結構

1.1.2GPU與CPU體系結構對比

1.2GPGPU發展概述

1．2．1GPU

1.2.2從GPU到GPGPU

1.3現代GPGPU產品

1．3．1NVIDIA GPGPU

1．3．2AMD GPGPU

1．3．3Intel GPGPU

1.3.4其他GPU

參考文獻

第2章GPGPU程式設計模型

2.1計算模型

2.1.1數據並行和線程

2.1.2主機設備端和內核函數

2.2線程模型

2.2.1線程組織與數據索引

2.2.2線程分配與執行

2.2.3線程模型小結

2.3存儲模型

2.3.1多樣的記憶體類型

2.3.2存儲資源與線程並行度

2.4線程同步與通信模型

2.4.1同步機制

2.4.2協作組

2.4.3流與事件

2.4.4原子操作

2.5CUDA指令集概述

2.5.1中間指令PTX

2.5.2機器指令SASS

參考文獻

第3章GPGPU控制覈心架構

3.1GPGPU架構概述

3.1.1CPUGPGPU異構計算系統

3.1.2GPGPU架構

3.1.3擴展討論：架構特點和局限性

3.2GPGPU指令流水線

3.2.1前段：取指與解碼

3.2.2中段：調度與發射

3.2.3後段：執行與寫回

3.2.4擴展討論：線程束指令流水線

3.3線程分支

3.3.1謂詞寄存器

3.3.2SIMT堆棧

3.3.3分支屏障

3.3.4擴展討論：更高效的線程分支執行

3.4線程束調度

3.4.1線程束並行、調度與發射

3.4.2基本的調度策略

3.4.3擴展討論：線程束調度策略優化

3.5記分牌

3.5.1數據相關性

3.5.2GPGPU中的記分牌

3.5.3擴展討論：記分牌設計優化

3.6線程塊分配與調度

3.6.1線程塊並行、分配與調度

3.6.2基本的線程塊分配與調度策略

3.6.3擴展討論：線程塊分配與調度策略優化

參考文獻

第4章GPGPU存儲架構

4.1GPGPU存儲系統概述

4.1.1CPU的層次化存儲

4.1.2GPGPU的存儲層次

4.2寄存器檔案

4.2.1並行多板塊結構

4.2.2板塊衝突和操作數收集器

4.2.3操作數並行訪問時的相關性冒險

4.2.4擴展討論：寄存器檔案的優化設計

4.3可程式設計多處理器內的存儲系統

4.3.1數據通路概述

4.3.2共亯記憶體訪問

4.3.3L1快取記憶體訪問

4.3.4紋理緩存

4.3.5擴展討論：片上存儲系統的優化設計

4.4可程式設計多處理器外的存儲系統

4.4.1存儲分區單元

4.4.2L2緩存

4.4.3幀緩存單元

4.4.4全域記憶體

4.5存儲架構的優化設計

4.5.1片上存儲資源融合

4.5.2科技對比與小結

參考文獻

第5章GPGPU運算單元架構

5.1數值的表示

5.1.1整型數據

5.1.2浮點數據

5.1.3擴展討論：多樣的浮點數據表示

5.2GPGPU的運算單元

5.2.1整型運算單元

5.2.2浮點運算單元

5.2.3特殊功能單元

5.2.4張量覈心單元

5.3GPGPU的運算單元架構

5.3.1運算單元的組織和峰值算力

5.3.2實際的指令吞吐率

5.3.3擴展討論：脈動陣列結構

參考文獻

第6章GPGPU張量覈心架構

6.1深度神經網路的計算

6.1.1深度神經網路的計算特徵

6.1.2卷積運算管道

6.2張量覈心架構

6.2.1張量覈心架構特徵概述

6.2.2Volta架構中的張量覈心

6.2.3張量覈心的發展

6.2.4擴展討論：張量覈心對稀疏的支持

6.3神經網路計算的軟體支援

6.4深度學習評估基準——MLPerf

參考文獻

第7章總結與展望

7.1本書內容總結

7.2GPGPU發展展望