异步微处理器设计_王蕾，等著王志英编_9787302285014

异步集成电路技术是和同步集成电路技术相对的集成电路设计技术。与同步集成电路相比，异步集成电路技术具有功耗低、电磁兼容性高、模块化和可重用性好、鲁棒性强等一系列优势，可以有效地解决同步集成电路和微处理器技术在超深亚微米阶段遇到的各种问题。《计算机科学与技术学科研究生系列教材·计算机科学与技术学科研究生系列教材：异步微处理器设计（中文版）》内容是作者在异步集成电路和异步微处理器设计领域研究的经验和成果，主要包括异步电路设计和建模分析、异步微处理器体系结构、异步功能单元设计和片内互连、异步微处理器设计方法学、异步微处理器性能和功耗的评估及优化、多核异步微处理器的设计与实现等方面的内容。
《计算机科学与技术学科研究生系列教材·计算机科学与技术学科研究生系列教材：异步微处理器设计（中文版）》可用作研究人员的科研参考书，也可作为计算机科学与技术专业和微电子专业高年级本科生和研究生教材使用。

　　随着集成电路技术的迅猛发展，在深亚微米的工艺条件下，单芯片集成的晶体管数越来越多，芯片面积越来越大，很难使用全局时钟同步芯片各个部分的操作，因而不可避免地出现了时钟扭曲、功耗过大、可重用性差、电磁兼容性差和可靠性低等问题。这对微处理器的设计和应用产生了重大影响。
　　异步集成电路技术是和同步集成电路技术相对的集成电路设计技术。异步集成电路由于天然地取消了时钟结构，与同步集成电路相比具有功耗低、电磁兼容性高、模块化和可重用性好、鲁棒性强等一系列优势，可以有效地解决同步集成电路和微处理器技术在超深亚微米阶段遇到的各种问题，也是未来高能效和绿色计算技术发展的重要途径。但是由于异步集成电路和异步微处理器设计的技术起点高，设计难度大，使其一直没有得到广泛的应用。解决异步微处理器设计中的关键问题对推动异步微处理器设计技术的进步具有重要的理论意义和实用价值。
　　本书作者所在的ATOM(Asynchronous Technology On Microprocessor)课题组自20世纪90年代起，就开始从事微处理器体系结构和VLSI实现的研究。从2004年以来，本课题组的老师和研究生们把学术研究的重点逐渐集中到异步微处理器设计上来，想要通过异步电路这种形式来解决最为复杂的数字集成电路--微处理器的设计过程中遇到的各种问题。该研究过程获得了多个项目的支持。其中主要的项目和成果包括以下三个方面。
　　1. 2005年国家自然科学基金重大研究计划项目“异步微处理器设计关键技术研究”。对异步微处理器体系结构、异步流水线设计、异步存储系统设计展开了研究，提出了面向宏单元的异步电路设计流程、解同步电路的优化设计方法、大规模异步电路综合技术、异步电路建模分析技术、异步微处理器设计方法学、低功耗特性和安全特性分析方法等，设计实现了异步微处理器原型系统。
　　2. 2007年国家863项目“低功耗异步数据触发体系结构研究”。主要研究了适合异步电路特性的微处理器体系结构。提出了数据触发体系结构，异步数据触发计算模型、异步功能单元设计、异步片内互连、异步低功耗存储系统等，设计实现了32位异步低功耗数据触发微处理器“腾跃-I" ，并在UMC 0.18μm工艺线流片生产。
　　3. 2008年国家自然科学基金项目“多核异步数据触发微处理器设计关键技术研究”。将异步数据触发微处理器扩展到多核结构，重点研究了数据驱动的异步电路技术、多核异步数据触发体系结构及其编程模型、多核异步数据触发微处理器的性能和功耗评估及优化技术等，设计实现了异步多核微处理器“腾跃-II" ，并在UMC 0.18μm工艺线流片生产。
　　通过一系列项目的研究，我们逐步解决了异步电路设计与实现、异步微处理器体系结构以及多核异步微处理器设计与实现等关键问题，在有关学术会议和期刊上发表了一系列的高水平学术论文，也得到国内外同行专家的认可。ATOM课题组还和英国曼彻斯特大学计算机学院从事异步微处理器研究的“先进处理器技术研究小组”(APT)进行了长期深入的交流，并先后选派3名博士生赴APT小组进行联合研究和培养。
　　异步集成电路和异步微处理器设计技术的研究仍在继续之中，我们相信该技术有很好的发展和应用前景。本书的宗旨是介绍异步电路和异步微处理器设计的主要思想和基本概念，在此基础上，介绍ATOM课题组在异步集成电路和异步微处理器设计领域取得的研究成果。
　　本书由王志英主编，并与王蕾共同策划和统筹。本书共分10章，内容安排如下：第1章为概述；第2章介绍异步电路设计思想；第3章介绍基于宏单元的异步集成电路设计流程；第4章介绍异步控制电路设计；第5章介绍异步片上网络设计；第6章介绍解同步异步电路设计；第7章介绍异步电路的性能分析和优化；第8章介绍基于异步数据触发体系结构的异步微处理器的设计和实现；第9章介绍在异步电路的容错领域进行的探索，第10章对全书进行总结并提出未来异步电路可能的发展趋势。在写作上各作者分工如下：第1章、第2章由王志英、王蕾撰写，第3章由王蕾、李勇撰写，第4章由阮坚撰写，第5章由石伟、张光达撰写，第6章由王蕾撰写，第7章由王蕾、晋钢撰写，第8章由石伟撰写，第9章由龚锐撰写，第10章由王蕾撰写。张光达、王友瑞、苏博等硕士研究生收集和整理了大量的资料，提供了良好的素材，并参与部分章节的撰写。
　　本书的编写得到了清华大学出版社的大力支持，并获得了国家科学技术学术著作出版基金的立项批准。
　　本书是国内第一部该领域的学术专著。本书可用作研究人员的科研参考书，也可作为计算机科学与技术专业和微电子专业高年级本科生和研究生教材使用。
　　由于作者的能力和知识面有限，书中难免存在错误和缺陷，恳请读者批评指正。

　　王志英
　　于湖南长沙国防科技大学
　　2012年2月

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