第1章 VLSI概论 LSI是大规模集成电路的英文缩写。这个不那么一目了然的学术名称集中反映分析及 设计密集型集成电路所涉及的电子工程和计算机工程的许多领域。虽然很难给出一个严格的 定义，但通常划分的标准是指一个V1S1含有约100万(10)个以上的开关器件或逻辑门。21 世纪初，在一个较为复杂的设计中，一个典型的约1cm见方的芯片上晶体管（开关器件）的实 际数目已经超过1亿个。 本书介绍数字VLS芯片设计的基础。重点介绍如何将一个系统的设计要求转移到一个 小硅片上。这一过程有许多技术上的细节。其中有一些说明和分析显而易见，而另一些则可 能要到后面几章才能理解。之所以这样是因为VLS工程包含几个不同的“专门领域”，它们 以一种独有的方式交织在一起。学习VLS的最困难之处在于理解将不同领域联系在一起的 共同目的，一旦掌握了这一点，就能以自己的方式理解这个当代最其魅力的领域之一。 1.1复杂性与设计 工程上实现一个VLSI芯片是一项极为复杂的任务。图1.1 沙子（陆） 所示的“V1SI设计漏斗”概念可以帮助外行们易于理解这一领 CAD 设想 程师 域。它显示这样一个过程：我们提供基本的需要，例如资金，构想 h场￥ 及市场信息等，然后将它们统统倒入一个“技术魔法漏斗”，再加 入一堆沙子作为原材料，漏斗底部就会生产出超级芯片。它将被 VLSI 销售出数百万片，且有可能变革整个世界，还会使某人致富。当 设计漏斗 然，这一过程需要工程师和科学家们参加，不过他们只是把那些 东两放到一起。可惜的是这个过程比起图中所画的要稍微复杂 一些。 任何一一个含有上百万个元件的系统本来就是很难理解的。 雪超微忠片 一个人的大脑不可能处理设计和实现所需要的如此复杂的信息。 图1.1V1SI设计漏斗 组建一支设计队伍是完成一个VLS项目的现实方法，因为这可 以使每个人只需研究整个系统的一小部分。在一个现代设计项目中，可能会有数车名工程帅 和科学家从事设计中不同部分的工作。由于整个队伍是在完成同一个项目，因此对于它的每 个成员来说，多少了解一下自己的工作在总目标中所处的位置是很重要的。这是通过设计层 次化来实现的：即芯片被看做有许多不同的“层次”，从抽象到物理实现。每个层次都是重要 的，每个层次又有数个分支，每个分支都可能逐渐成为一个人的终身事业。 在介绍VLS时，我们将不断地强调这样一个事实，即这个领域在本质上生来就是一个多