《低功耗设计精解》是一本面向研究生的解决低功耗数字集成电路设计的书。本书同样对广大专业人员有借鉴意义。本书除了提供了一种低功耗设计的教学指导之外，也提供了功耗设计各个层面的系统方法。这本书是基于在高校及企业范围内相关教学内容的延伸，所有章节都有专门定制的自学内容。每一章都根据不同难易程度进行了设置。本书采用了独特的叙述方式。而不是传统的长篇累牍式的叙述，全书使用图表和图像伴随文字的形式，使得读者更容易理解。

IEEE Fellow集成电路专家基于其多年在世界知名高校和集成电路设计公司的教学材料编撰而成。
本书从电路、架构、时钟、存储器、算法和系统等不同层面，阐述低功耗电路设计挑战和方法，内配大量图例，方便学生及工程师自学。

幻灯片0.1
欢迎阅读本书。
近年来，功耗和能耗已经成为数字电路设计中最引人注目的问题。一方面，功耗已经严重制约了电路的运行速度；另一方面，能耗节省技术已经让我们能够造出随处可见的移动设备，它们可以在单电池供电下支持更长的待机时间。

幻灯片0.2
你可能很想知道，既然市场上已存在很多关于低功耗设计的书（我自己也合著过其中的一些），为什么还需要本书呢？答案很简单：所有的此类书都是汇编成册的，而且都是针对在功耗和能耗的主要设计课题上已颇具专业功底的读者而编写的。今天，这些课题变得尤为引人注目，我认为需要一本适合教学的书。这意味着从基础入手，通过严格的方法论并采用统一的符号和定义来揭示不同的主题。本书采用最为先进的半导体制造工艺（90nm及以下尺寸）结合实例阐明概念，主要适用于中短期低功耗设计课程，也非常适合想要通过自学来紧跟低功耗设计前沿的专业人士阅读。
前言也给了我机会去阐述一个长期让人们对低功耗设计感到望而生畏的问题。业内的许多人士似乎认为，只是将一些“应用技巧”点对点套用在设计上，只有大师级的人才能把低功耗弄得水落石出，低功耗方法这个概念是一个自相矛盾的说法。事实上，近年来，研究和设计人员已经表明，这些认识一点都不正确。过去几年里，最为重要的低功耗实现之一是最低能耗的设计，这虽然很有趣，但并非我们真正的追求。通常情况下，我们是在权衡电路延迟和能耗的同时，探求一个针对指定性能的最低能耗或者针对指定能耗的最优性能。一些探索优化设计的工具能帮助我们在设计的各个层次和级别上，根据丰富的信息来权衡电路延迟和能耗。
整本书将秉承这种方法。同时我们也会探求，如果要继续降低每次运算的能耗，我们将会面临哪些必须克服的主要障碍。这自然会涉及能量可以缩放的物理极限问题。只要有可能，我们就会大胆地展望未来。
幻灯片0.3
这个前言里，你已经看到本书采用了有点非正统的方法。本书没有采用在连续而冗长的文字中偶尔插入图片的传统方式，取而代之的是相反的做法：首先是图片，文字放在其旁边作为注释。依照我的经验，一张图片比一页文字更能有效地传达信息（所谓“一图胜过千言万语”）。这种方式被Willy Sansen教授在他的《Analog Design Essentials》（也是由Springer出版的）一书中首次采用。当我第一次看见他的书时，我立刻就被他的这个创意给迷住了。我对他的那本书看得越多，就越喜欢它。故而这本书……浏览它时，你会发现，幻灯片和注释发挥了完全不同的作用。这种格式的另一个优点是，教师基本上立刻拥有了所有的课件。
幻灯片0.4
本书的大纲采用如下方式：在建立了基础之后，着手解决三种不同操作模式下的功耗优化——设计阶段、待机阶段和运行阶段。在每种模式下所使用的技术截然不同，但所有情况下我们都要把动态功耗和静态功耗同时优化——在今天的半导体工艺下，漏电功耗几乎可以与开关功耗（switching power）相提并论。因此，将它们分开并没有太大的意义。事实上，更好的设计往往需要对两者进行精心的权衡。最后，本书总结一些常用的课题，比如设计工具、功耗的限制，以及对未来的一些预测。
幻灯片0.5
没有他人的帮助，是不可能完成这本书的。首先，对Ben Calhoun、Jerry Frenkil、Dejan Markovi和Bora Nikoli的帮助以及合著某些章节的行为表示深深感激。另外，还有很多人对提供幻灯片制作和审阅本书初稿有帮助。特别要感谢那些对低功耗设计技术领域有深远影响和卓越建树的同行——Bob Brodersen、Anantha Chandrakasan、Tadahiro Kuroda、Takayasu Sakurai、Shekhar Borkar和Vivek De，在过去几十年中与他们的合作真是让我感到无比愉快和振奋。
幻灯片0.6～幻灯片0.7
每章末尾都给出该章所引用的一组参考文献。对于你尤其感兴趣的那些低功耗设计主题，这两个幻灯片列举了许多常用的参考文献、综述论文以及富有远见的演讲稿。

在2007年春季休假期间，当我在欧洲旅行时，我欣然把本书内容汇编成册，这是一个美好的过程。我希望各位读者也喜欢本书。

——Jan Rabaey

电子与电气工程

本书以清晰的思路阐述低功耗数字集成电路设计问题，除了以教学的方式讲述低功耗设计外，还提供了一个集成的方法论来讨论每一个设计层级的功耗问题。最后，本书解释了未来降低功耗的主要设计困难以及物理层限制。
本书浓缩了作者在大学教学以及在公司实践的大量经验，撰写方式适合自学。每个章节都涉及不同层级的知识。所有章节都从基础知识开始讲述，并且几乎所有章节都包含高级设计知识。
本书采用了一种特殊的格式，不是以文字为主、以图片为辅的传统讲述方式，而是以图片为主、以文字为辅的讲述方式。显然，一图胜过千万言语。 我们希望通过这种创新的格式帮助读者系统地学习低功耗设计中的重要课题。
本书主要内容包括：
?纳米晶体管和模型及功耗和能耗基础
?设计阶段功耗优化 -- 电路层技术，架构，算法和系统
?设计阶段功耗优化-- 互连和时钟，存储器
?待机功耗优化-电路与系统，存储器
?动态运行功耗优化-电路与系统
?超低功耗/电压设计
?低功耗设计方法和流程

[美]简· 拉贝艾（Jan Rabaey） 著：简•拉贝艾（Jan Rabaey） IEEE Fellow，现在是伯克利无线研究中心（BWRC）的联合主任，以及FCRP赞助的千兆规模系统研究中心（GSRC）主任。他在比利时鲁汶大学应用科学专业获得博士学位。1983~1985年，他在加州大学伯克利分校作访问学者。1985~1987年，他在比利时IMEC担任研究经理，并在1987年加入加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学系，担任Donald O. Pederson特聘教授。

前　言
第1章　综述 1
第2章　纳米晶体管及其模型 25
第3章　功耗和能耗基础 57
第4章　优化功耗@设计阶段——电路层技术 80
第5章　优化功耗@设计阶段——架构、算法和系统 117
第6章　优化功耗@设计阶段——互联和时钟 155
第7章　优化功耗@设计阶段——存储器 185
第8章　优化功耗@待机阶段——电路与系统 211
第9章　优化功耗@待机阶段——存储器 237
第10章　优化功耗@运行阶段——电路与系统 254
第11章　超低功耗/电压设计 292
第12章　低功耗设计方法和流程 321
第13章　总结与展望 350