集成電路的制造工藝在不斷地進(jìn)步，所使用的電源電壓得到持續(xù)降低，集成電路的集成度大大提高，帶動了集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，然而某些工藝進(jìn)步也使得集成電路的老化問題變得日益嚴(yán)重。國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）在2011年的報告中指出，老化正成為半導(dǎo)體電路面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著集成電路特征尺寸的不斷減小，負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性（Negative Bias Temperature Instability，NBTI）逐漸在集成電路老化效應(yīng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，需要科研人員進(jìn)行深入研究。
　　本書圍繞NBTI引起的集成電路老化的預(yù)測與動態(tài)電路老化防護(hù)來展開研究。研究的內(nèi)容主要涉及：①集成電路老化的預(yù)測，包括改進(jìn)了已有的預(yù)測老化的傳感器，實(shí)現(xiàn)了低開銷的多故障同時在線監(jiān)測，消除了由于結(jié)構(gòu)因素造成的誤差；②集成電路老化的容忍，尤其對于高性能集成電路中常用的多米諾電路，針對其老化，研究容忍方法，并提出對于多米諾電路低功耗與抗老化的聯(lián)合優(yōu)化方法。
　　本書的研究內(nèi)容和主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　�、僭O(shè)計出針對多目標(biāo)故障的低開銷的電路檢測結(jié)構(gòu)。多故障同時在線檢測是目前故障檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，但多故障同時在線檢測往往在功能、面積和功耗等問題上難以取得較好折中。經(jīng)典檢測結(jié)構(gòu)采用動態(tài)電路加上大量反饋電路構(gòu)成故障檢測的穩(wěn)定性檢測器，電路面積開銷較大，同時在電路運(yùn)行過程中的功耗開銷也很大。因此，設(shè)計了脈沖發(fā)生器來替代經(jīng)典電路中的穩(wěn)定性檢測器，消除了反饋電路，大大降低了電路的面積與功耗開銷。
　�、谔岢鰴z測能力平衡的集成電路老化在線預(yù)測／檢測方案。針對已有的結(jié)構(gòu)晶體管串聯(lián)堆棧效應(yīng)造成的電路老化預(yù)測／檢測能力的不平衡，提出了一種利用對稱或非門來平衡檢測能力的老化預(yù)測／檢測方案。通過對穩(wěn)定性檢測器中或非門的改造，消除了由于晶體管串聯(lián)堆棧引起的誤差。
　�、坩槍�NBTI引起的多米諾電路老化，提出一種利用補(bǔ)償電路保持其性能的方案。多米諾電路常用在高性能芯片的時序關(guān)鍵路徑上，NBTI引起的電路老化會導(dǎo)致多米諾電路時延增加、噪聲容限降低。因此設(shè)計了帶有補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的多米諾電路，在電路老化以后開啟補(bǔ)償電路，既延長了電路的使用壽命，又不會增加大量的能量消耗。這種低功耗、容老化的技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。
　　④提出利用休眠模式，聯(lián)合優(yōu)化多米諾電路老化和漏電流的方案。已有的對于多米諾電路漏電流進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)加重了多米諾電路的老化。使用輸入向量控制技術(shù)和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)，在集成電路處于休眠狀態(tài)時強(qiáng)制電路進(jìn)入老化恢復(fù)狀態(tài)，并保證在休眠狀態(tài)下的低漏電流。實(shí)驗(yàn)表明，這種考慮低功耗的抑制NBTI效應(yīng)的多米諾電路技術(shù)減少了最多33%的電路老化，同時減少了最多79%的漏電流消耗，是一種有效的多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化技術(shù)。
　　本書的出版得到國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（ 61404001），國家公派高級研究學(xué)者、訪問學(xué)者、博士后項(xiàng)目（ 201708340035），安徽省高校省級自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（ KJ2014ZD12）的資助，在此表示衷心的感謝！由于作者水平和經(jīng)驗(yàn)有限，書中難免存在不足之處，懇請讀者批評、指正。