集成电路技术是现代电子工程的核心技术之一,它推动了整个科技行业的发展。本文从集成电路的全产业链着手,从器件工艺、制造设备、设计工具和芯片门类4个角度出发,对国内和国际上集成电路技术和产业链的现状作了简要介绍。未来,随着技术的进步和应用需求的增长,集成电路仍将继续发挥重要作用,推动行业的持续发展。希望本文能够对国内的同行有所启发,丰富对于产业现状的认识和理解,为科研应用的方向和目标的确定提供一定的参考价值。
瞬态电路仿真中常建立线性系统模型,而顺序求解多右端项的三角矩阵十分耗时。为了提高瞬态电路仿真中耗时的三角矩阵回代速度,提出了一种基于异构平台的并行计算方法快速求解三角矩阵。通过优先计算与解向量相关的乘法,挖掘了回代计算的并行性。设计了核心是多个浮点计算功能的运算阵列以及主从两层状态机的控制模块。相比于使用MKL求解库的Intel 24核CPU平台,本架构基于XCZU15EG的Zynq UltraScale系列FPGA进行了线性矩阵求解实验,实验所用矩阵均为对称正定、对角占优且稠密度均大于50%。提出的加速架构求解的平均加速比达到22倍,求解误差在10-17~10-14内。实验结果表明,该架构一定程度上提高了矩阵求解速度,适合于较高维度线性矩阵的前后向回代求解。
磁随机存储器作为一种新型非易失性存储,因其优良的读写速度与耐久度特性,在嵌入式存储领域具有广阔的应用前景。然而,由于磁随机存储器的定制化设计通常需要数月完成,具有较长的设计周期,这与片上系统较快的设计迭代需求存在一定矛盾。存储器编译器作为一种快速生成存储器设计的工具,是解决这一矛盾的有效手段。本文从磁随机存储器的全定制设计流程出发,同时对各类存储器编译器的研究现状开展调研,总结了目前存储器编译器工作的现状与挑战,最终讨论了磁随机存储器编译器的设计方法学。
为解决柔性电路板整板自动化布线算法布线效率低、布线效果较差的问题,提出基于模式布线的柔性电路板布线规划算法,采用模式布线近似拟合详细布线,缩小详细布线和布线规划之间的精度误差。同时,根据人工经验设计4种布线模式和若干扇出模式,模拟扇出区内部资源分配和扇出区间排列组合可能出现的情况。针对层分配问题,设计了根据当前布线结果以及未来对其他线网的影响综合评价的层分配算法,针对通道区不允许打孔的约束,根据通道连接扇出区的位置顺序求得通道内布线线网拓扑不交叉序列,并作为分割线上过点位置排列顺序约束。最后,综合比较每个模式下的结果,选择代价最小的结果作为最终布线规划的结果。使用多个工业用例进行测试,实验结果表明,与已有柔性电路板布线规划算法相比,本文布线规划算法可以提升详细布线效率和布线结果。
随着集成电路工艺的不断发展,因电路工作主频的提升和工艺偏差影响的加剧,导致多输入转换(MIS)效应对电路静态时序分析的影响愈发不容忽视,使得传统的单输入转换(SIS)模式单元时序建库方式难以规避保持时间和建立时间的违规。为了表征MIS效应在时序分析中的影响,近年来多个MIS延时模型被提出,但目前大多数模型忽略了输入转换时间和负载对MIS效应的影响,因此精度不高。同时这些模型分别对每个单元进行建模,忽略了MIS效应与单元的晶体管级拓扑结构的关系,进一步影响了表征精度且需要较高表征成本。本文提出了一种基于异质图神经网络的MIS单元延时预测框架,将多输入单元的晶体管级拓扑电路建模成为异质图,利用异质图对影响MIS延时因素进行了全面且有效的表征,多个输入门的MIS效应可以训练为统一模型。在16 nm工艺下,该模型在多组多输入单元上进行了验证。实验结果表明,该模型在将建模开销减少至ANN模型所需开销8.8%的情况下,对于单元的平均误差仅为1.19%,相比ANN模型,精度提高了2.05倍。
随着印刷电路板的高度集成化,传统的芯片安装和散热无法满足整体尺寸和重量的要求。铺铜作为PCB设计环节中最后进行的关键步骤,在提高电路板性能和有效性方面具有重要作用。本文针对高密度印刷电路板上存在的圆形特征,提出了一种基于完整图形的信息分类和区域计算的快速铺铜算法,并对铺铜过程中产生的孤岛提出了搜索方案。其核心思想如下:首先根据图形信息对大量特征进行区域划分,然后根据碰撞关系对其分簇,基于分簇结果得到外包络边链和孤岛边链,最后通过环和孔的边链关系得到铺铜结果。算法在 3.20 GHz、16 GB 内存的Windows 10环境下运行,使用工业用例测试数据进行验证。实验结果表明,与开源的基于拟合多边形的铺铜工具相比,在面向大规模场景时,铺铜结果不依赖于拟合多边形边数,时间缩短了约60%。
目前,基于解析方法的布图规划取得了很好的结果,模块翻转有实际应用场景且可以进一步优化结果, 但解析方法尚无法处理模块翻转问题。因此,本文首次尝试使用统一的解析方法来解决这一问题, 提出了一种新的力,即翻转力。在总体布图规划阶段,翻转力能根据线长将每个模块翻转到理想的方向。此外,基于静电场模型设计了一个新的总体布图规划流程。 在该流程中,本文对超大型模块的密度计算进行了特殊处理, 以减小超大型模块的排斥力,使得其他模块能更加靠近超大型模块,从而实现更加均匀的模块分布。为了更好地利用边框处缝隙中的空白区域,提出了一种边框处缝隙处理方法。最后, 在布图规划算法中添加了后处理阶段以进一步优化布图结果。该后处理阶段首先基于混合整数线性规划的翻转模型对模块的翻转方向进行再次优化,然后使用本文提出的新的空白区域再分配方法。该方法减小了线性规划问题中约束条件的数量且能进行多轮次的优化,相对于以往的方法能够更有效地缩短线长。在HB+和ami49_x基准电路上,实验结果表明,本文的布图规划算法与最好的布图规划算法相比, 平均半周长线长分别至少减小了13.3%和13.7%。
随着数字化、智能化、网络化趋势席卷全球,功能安全与网络安全日益交织、叠加,演变为内生安全问题。操作系统是计算机系统的重要组成部分,是软件架构的基石,操作系统级内生安全至关重要。基于拟态防御的动态异构冗余架构是实现操作系统内生安全的关键技术,但目前面临单内核操作系统不支持内生安全、操作系统级内生安全方案缺失、操作系统层共识机制设计不完善等挑战。本文从操作系统内生安全架构、异构冗余机制、高效通信和共识机制等方面展开分析和设计,提出了一套基于多内核的操作系统内生安全技术方案。
可重构计算技术很好地解决了计算性能、效能,以及灵活性之间的矛盾,DSP作为异构多核平台中极为重要的组成部分,却少有面向其可重构的研究,限制了该技术的应用。针对此问题提出一种基于DSP的全局动态可重构方法。预先分区FLASH并烧写SPI参数文件以及镜像文件A、B,系统启动后先运行镜像A,当收到重构命令时修改SPI参数,将BOOT使用的镜像指向B,最后控制DSP重新BOOT以完成重构。使用TI TMS320C6678 DSP做测试,结果表明,该方法可以在320 ms内完成DSP内运行镜像的切换,具有良好的应用前景。
已有的射频指纹技术缺乏理论支撑,无法摆脱对设备身份识别过程中借助信道特征的依赖。该文针对直接序列扩频的ZigBee信号,提出了一种基于扩频还原的射频指纹提取方法。在60台ZigBee设备上以及4种不同的实验场景中进行试验,设备分类准确率最高可达99.8%。该方法的鲁棒性更强、计算量更小,具有较强的实用性。
基于信道状态信息(CSI)的室内定位技术已经被广泛应用于各种场合,在CSI相位指纹定位方案中,采样点密度大小与定位效果好坏紧密相关。由于数据采集工作量的关系,以往学者们多关注低采样密度场景或通过模拟仿真分析采样密度问题,导致难以找到定位误差最小的采样密度。本文设置不同的采样密度,将数据预处理后的CSI相位信息作为指纹,匹配WKNN算法,分析探究了不同采样点密度对于定位精度的影响。实验结果表明,在4 m×4 m的环境中,采样间隔设置为0.4 m,采样密度为7.6个/m2时,定位精度最高,平均误差为0.34 m,同时兼顾采样工作量,具有较高性价比。
基于导航卫星授时长期稳定度高的特点,结合铷原子钟优良的短期稳定度和低漂移率特性,提出了一种高精度授时技术。以导航接收机1 PPS为基准对铷原子钟进行驯服,通过高精度时差测量、卡尔曼滤波、增量式PID算法3个关键技术对外提供高精度授时服务。验证结果表明,输出1 PPS相位稳定性达到±0.2 ns以内,驯服期间1 s稳定度达到3.76E-12。
针对常见组合导航系统在隧道、峡谷、森林等卫星信号较弱甚至出现失锁状况的地区,定位精度会迅速下降的问题,设计了北斗/捷联惯导(SINS)/里程计(OD)组合导航定位终端。终端设计以OMAP-L137处理器为核心,包括北斗、SINS、里程计、4G通信和电源等模块。数据处理部分以北斗导航接收机和根据SINS/OD推算分别得到的伪距、伪距率之间的差值作为量测值,使用拓展卡尔曼(EKF)滤波算法进行数据融合与误差估计。实验结果表明,北斗/SINS/OD组合导航定位终端在卫星失锁情况下行驶总里程5 km时最大位置误差为46.82 m,误差漂移为0.94%,能够有效解决卫星信号受遮蔽导致定位精度下降的问题,实现平滑载体运行轨迹并提高导航定位精度。
针对目前移动机器人运动目标定位不准确和追踪过程中容易丢失的问题,设计了一种基于嵌入式技术的运动目标控制与自动追踪系统。本系统以光斑模拟运动目标,通过算法编程不但可以实现目标的运动轨迹控制,还可对其运动轨迹进行自动追踪。本设计以嵌入式芯片STM32F103为核心,通过OpenMV进行图像数据处理,并由PID精确算法调节舵机,从而控制光斑在屏幕上按照设定程序进行移动和追踪。经测试,该系统能够准确地完成运动目标的控制和自动追踪任务,反应灵敏,性价比高,可广泛应用于运动目标追踪等智能控制设备中。
在集成电路制造尤其是半导体存储器的开发设计过程中经常涉及到efuse的使用,被应用于芯片保护、电路校准等多种场景。本文设计了一种自定义的efuse通信协议,并基于UVM搭建了验证平台对其功能进行验证。验证结果表明,使用该协议可以实现需求功能,并具有良好的鲁棒性。
