超大规模集成电路论文

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1、VLSI设计要点介绍前言随着IC制作和设计水平的提高，进入VLSI时代，已能够将一个复杂系统集成到一个芯片之中。因此，VLSI芯片设计不仅要进行电路设计，还要进行VLSI系统设计。对于自行设计VLSI芯片的用户来说，其主要侧重点放在系统设计上。VLSI系统设计的首要任务是解决VLSI设计的复杂性问题。因而VLSI设计方法学的研究得到广泛的重视。当然对于困难的IC设计，也需要考虑众多的细节问题，多层次的抽象、多指标成本标准和成本指标间的冲突、有限的设计时间等等，都是IC设计者需要考虑的问题。正文一、IC设计方法根据摩尔定律，芯

2、片的集成度越来越高，我们必须能够快速设计复杂的大尺度芯片。使大尺度芯片不能够正常工作的障碍主要是芯片的复杂度——保证芯片能够正常工作就必须考虑大量细节问题。在芯片设计时，设计人员必须面临如下几类问题：1、多层次的抽象IC设计需要从各个设计层次来考察其设计思想。从规定芯片的规范开始，设计人员就必须建立一个实现一定功能的体系结构，然后，将体系结构延伸到逻辑设计，再进一步将逻辑设计具体到电路板图设计。这一过程中，会涉及大量的工作。2、多指标成本标准和成本指标间的冲突除了必须从各个设计层次来考察其设计思想外，设计人员还必须考虑其设计

3、成本——不是经济成本，而是判断设计工作质量的准则。其中一个重要的成本是芯片的工作速度。芯片面积是另一个重要的设计成本。设计中有大量的工作是对相互冲突的成本指标取得一个最佳的平衡。3、有限的设计时间理想情况下，有足够的时间考虑其设计思想的效果。但是，现实中是不允许的。因此，设计人员总是被要求尽可能快的设计出芯片。对实用型芯片的设计，设计时间尤为紧迫。对应于上述问题，设计人员已经开发出了相应的对策来排除芯片设计中不必要的细节问题。其方法为：层次设计、抽象设计和计算机辅助设计。1、层次设计的思想常常用在编程上：不是采用大量的最原始

4、的语句来编写一个程序，而是通过对一些更简单的子程序的调用来实现某个程序。每个程序都是被分解为一些更小的功能模块，这种分解一直进行到实现某种功能的每一个操作可以直接写入芯片。这种技术一般被称为“分而治之发”——以递归的形式将程序一直分解为容易实现的子程序，程序的复杂度得以降低。利用类似的思想，芯片设计人员将整块芯片分解为一系列的原件而实现设计的过程的分而治之。重用经常使用到的元件对芯片设计非常有用，例如，可以用N个全加器得到一个N比特的加法器。一般给每个元件一个实例名。层次设计方法式设计人员的思路更加有条理——引入层次的概念使

5、大量的晶体管的功能被分成一些具体的、更容易描述的功能。层次设计也使设计人员更容易重复使用芯片的零碎的功能模块，或者通过对旧的设计方案的修改来实现某一新的功能，或者因新的目的而使用该元件。1、抽象设计对硬件系统的设计非常重要。硬件设计人员在设计过程中采用抽象设计以确保其设计能够满足主要目标。抽象设计的一个最简单的例子就是逻辑门的设计。这里所说的逻辑门是对实现构造该门的非线性电路的简化描述：处理二进制的布尔运算的逻辑门。芯片设计中的一些工作是很困难的，甚至是无法进行的。然而，其他一些设计工作太困难而无法在电路中完成。抽象设计方法

6、最适合这类设计任务。我们也可以采用更高层次的抽象设计来确定初步的设计思路，然后，在通过更具体的模型对设计思路进行具体化：例如，我们常常首先用简单的延迟计算优化逻辑设计，再根据详细的电路信息进一步对逻辑设计进行具体化的优化。抽象设计方法和层次设计方法不一样。某一层次上的抽象设计在相应抽象层次上使用元件，随着元件数增加，各层次设计的复杂度将增加——复杂度的增加源于元件的输入/输出行为层次提高而越来越复杂。设计时常常从最高层向下进行抽象，而从最具体的层次开始向上进行描述。显然，设计工作是对抽象设计增加细节开始，自上而下不断完善系统

7、的功能细节。但是，自上而下的涉及策略是在优先信息的条件下进行的：在每个抽象的层次上可能有几种设计方案；我们希望从中选择最能够满足系统的速度、面积和功耗要求的而设计方案。3、在给定芯片的性能和设计时间的约束下，完成芯片设计的最现实的方法是使用设计过程自动化，即使用计算机辅助设计工具。在运用得当的情况下，CAD可帮助设计人员解决一下三类问题：当你不集中于某一个设计步骤的具体细节是，多层次抽象设计就容易得多了；采用计算机程序比其他方法在分析成本方面更具优势的折中；对明确的设计任务，计算机能比人工更快地完成。对CAD设计和人工设计来

8、说，层次设计和抽象设计都是很重要的设计方法——功能最强大的综合工具和分析工具可以完成要求非常高的设计模型。CAD工具虽然能帮助设计人员完成大量设计工作，但是，具有足够解决设计难题能力的算法常常没有跟广泛的设计要求相应的广泛的数据。设计人员合理使用CAD工具才会产生最佳的效果。然而，由于CA