本模块将帮助学生了解如何实现包含数十亿个晶体管的数字电路的超大规模集成 (VLSI)。该模块的结构分为两部分:理论部分,它解决了如何有效地模拟晶体管和互连操作背后的复杂非线性现象;软件工具部分,它描述了电子设计自动化 (EDA) 背后的算法。理论部分每周分配两次讲座,涵盖 MOS 晶体管器件的物理特性,重点关注非理想晶体管行为、电路和线路延迟模型以及 VLSI 电路复杂性的数学模型。软件工具部分涵盖电子设计自动化 (EDA) 工具流程,基于六个讲座和三个实验室的组合。
量子电路——由局部幺门和局部测量构建而成——是量子多体物理学的新天地,也是探索远离平衡的普遍集体现象的可处理环境。这些模型揭示了关于热化和混沌的长期问题,以及量子信息和纠缠的底层普遍动力学。此外,这些模型产生了一系列新问题,并引发了传统模拟所没有的现象,例如由外部观察者监控的量子系统中的动态相变。鉴于在构建数字量子模拟器方面取得的实验进展,量子电路动力学也具有重要意义,这些模拟器可以精确控制这些成分。电路元件中的随机性允许高水平的理论控制,其中一个关键主题是实时量子动力学与有效经典晶格模型或动力学过程之间的映射。在这个可处理的环境中可以识别的许多普遍现象适用于更广泛的更结构化的多体动力学。
我们认为,在最近的几项研究中研究的量子理论结构无法在量子电路的标准框架内得到充分描述。当子系统的组合由希尔伯特空间的直接和与张量积的非平凡混合描述时,情况尤其如此。因此,我们提出了量子电路框架的扩展,由路由线性映射和路由量子电路给出。我们证明这个新框架允许在电路图方面进行一致且直观的图形表示,适用于纯量子理论和混合量子理论,并在几种情况下举例说明了它的使用,包括量子信道的叠加和幺正的因果分解。我们表明,我们的框架包含了 Lorenz 和 Barrett 的“扩展电路图” [ arXiv:2001.07774 (2020)],我们将其作为特例推导出来,赋予它们合理的语义。
电气移民仍然是集成电路设计的主要关注点。通过在应用电流的影响下跟踪金属线的应力来评估对电迁移的敏感性,这对于大型芯片而言可能在计算上昂贵。在过去的几年中,已经开发了且备受瞩目的大型互连网络中应力的有效方法,部分原因是它以标准线性时间传播动态系统的形式为应力动态提供了模型。在此模型的背景下,我们将证明金属线中应力和通量的动态行为与某些RC电路中电压和电流的动态行为完全相同,这些电压和电流可以很容易地为金属线构造。因此,可以通过简单地模拟Corre Sponding等效的RC电路来完成对任何金属互连结构的电气迁移评估。这为快速电路模拟的知名技术以及对RC电路的宏模型和分析的方法打开了大门,以提高大型电路中电气评估的实用方法和实用方法的能力。
经典学习理论中的一个重要研究方向是使用复杂性度量来表征函数类的表达能力。这种复杂性界限反过来又可用于限制学习所需的训练数据的大小。其中最突出的是 Vapnik 和 Chervonenkis (1971) 引入的 Vapnik-Chervonenkis (VC) 维度。其他众所周知的度量包括 Pollard (1984) 提出的伪维度、Alon 等人 (1997) 提出的脂肪粉碎维度、Rademacher 复杂性(参见 Bartlett 和 Mendelson 2002),以及更普遍的度量空间中的覆盖数字。表征对象表达能力的目标也以不同的形式出现在量子信息中。一个众所周知的例子是量子态断层扫描。Aaronson (2007) 将状态断层扫描的变体与经典学习任务相关联,其脂肪粉碎维度可以使用特定的函数类来限制
一阶和二阶电路不连续函数。由 RLC 组成的线性网络的积分微分方程的公式。RC 和 RL 电路的无源和阶跃响应。初始值和最终值。串联和并联 RLC 电路的无源和阶跃响应。
模块内容 本模块为处理一般信号(时间连续函数)的模拟电路提供了全面的基础。该模块旨在让学生了解设备和电路级别的模拟电路的工作原理和实际局限性,并指导他们分析和设计这些电路。所学的所有原理和技术都适用于更广泛模拟系统的设计。在本模块中,学生将培养为任何现代应用领域的电子设备设计模拟电路所需的分析和综合技能。学生将通过实验课获得实际分立模拟电路设计、构造和测量的实践经验。