超大规模集成电路计算机辅助设计:逻辑布局

VLSI CAD: Logic to Layout

现代超大规模集成电路芯片由无数个基本组件组成——逻辑门、控制器、存储器、互连等等,如何设计这些复杂的芯片?答案…

伊利诺伊大学

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VLSI CAD

现代超大规模集成电路芯片由无数个基本组件组成——逻辑门、控制器、存储器、互连等等,如何设计这些复杂的芯片?答案就是:CAD工具软件。本课程将具体介绍这些软件工具的构建方法。

课程概述

现代超大规模集成电路非常复杂, 包含数以亿计的晶体管,上百万个部署运算和控制的逻辑门,大型内存块,由第三方(即所谓的“知识产权”——在芯片设计中指对某种设计技术的专利,或IP模块)预先设计的嵌入式模块。 那么如何设计这些复杂的芯片? 答案就是: 计算机辅助设计(CAD)工具,通过计算机对芯片进行抽象描述,逐步完善,直至最终完成设计。本课程重点介绍用于制作特定用途集成电路(ASIC)或系统芯片(SoC)的主要设计工具, 侧重于合成和验证逻辑布局有效性的关键表示;

旨在帮助学生理解设计软件的基本算法、数据结构和工作原理。本课程适用于以下人群:(1)对构建VLSI设计工具感兴趣; (2)对VLSI芯片设计和软件工具的设计原理感兴趣; (3)喜欢超酷算法,即对涉及位、逻辑门、几何图形、图表、矩阵和时间等因素的问题进行计算。

课程大纲

课程主要内容包括:布尔代数算法;逻辑验证;(2层和多层)逻辑综合;工艺映射;定时分析;特定用途集成电路的布局布线。

背景知识

需要相关的编程经验(C++,Java),了解数据结构和算法的基本概念, 具备对数字设计的基本认识,包括: 布尔代数、三维可视化装配工艺规划软件(Kmaps)、逻辑门和触发器;了解有限状态自动机设计; 性代数和微积分达到工程学初级或高级线水平。 对超大规模集成电路的掌握程度达到本科生水平更好,但不是必需条件。 本课程相对独立,但是具备一定VLSI基础的学生可以跳过一些背景资料的学习。

参考资料

课程相对独立,不依赖于其他教材, 但是我们仍会推荐一些参考资料,例如在会议或期刊上发表的论文, 目前市面上还没有涵盖逻辑布局、表示法、优化、合成和验证的一站式单本教材, 所以课上我们会尽可能地做到全面完整。

授课形式

课程包含若干个15-20分钟的教学视频, 另安排有独立于课程视频之外的练习题(家庭作业),几个编程作业和(必考)期末考试。

常见问题

学完这门课,我能获得相关认证么?
凡顺利完成本课程的学员均可获得由老师签发的结业证书。

课上是否会学习工业设计软件的使用方法?
课程不属于所谓的”VLSI设计”课程,所以重点不是如何使用软件工具,而是如何构建设计工具软件。

学习这门课,我需要准备什么?
一台装有Windows、Mac或Linux系统的电脑,能编写、编译和运行程序,能运用Java或C++语言进行程序设计,对于部分编程作业来说,只要能读取输入文件,并按要求格式编写输出文件,同学们可以任意选择自己喜欢的语言进行编程.

学完这门课程,我最大的收获是什么?
如何利用超酷算法和数据结构实现逻辑与布局的合成?我们可以创建一个6-7变量卡诺图,然后迎接头脑风暴的到来,现代计算辅助设计可用于设计百万门数量级的逻辑门电路,很显然,这是一个创造神奇的年代,赶快加入我们,一起探寻其中的奥妙吧。

(课程中文简介转自网易)

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