多米诺电路以其速度快、面积小的优良特性，被广泛应用于处理器的关键路径部分和存储器的位线结构中，是高性能处理器和存储器最主流的动态逻辑电路。但是，随着集成电路技术的快速发展，时钟频率不断增加，晶体管的阈值电压和栅氧化层的厚度不断缩小，微处理器的功耗急剧增大。同时，随着集成电路特征尺寸的不断减小，芯片制造过程中的工艺参数浮动和芯片使用过程中温度的变化，对多米诺电路的功耗与性能造成了很大影响。因此，低功耗、高性能多米诺电路的优化设计对于提高处理器和存储器的综合性能具有重大意义。　　 本论文的主要内容包括以下方面：　　 1)提出新型多米诺电路优化技术。业已提出的诸多多米诺电路的优化方法中，双阈值技术、多电源电压技术和休眠管技术是业界应用最广泛，可靠性最高的传统多米诺电路优化方法。此三种技术有效的降低了电路的功耗，但同时又都存在一定的局限性。本文分别对三种技术在门控向量，拓朴结构和版图设计等方面进行了改进，提高了这些技术的有效性和适用性。同时，随着多米诺电路的广泛应用，业界对多米诺电路性能和功耗的要求越来越高，传统的优化方法即使经过改进之后，也难以达到设计要求。为此，本文提出了四种新型多米诺电路，即电荷自补偿多米诺电路，PN混合下拉网络多米诺电路，源跟随求值多米诺电路和最优保持管多米诺电路。　　 2)提出多参数蒙特卡罗方法，分析工艺参数和温度浮动下多米诺电路特性。随着集成电路工艺尺寸的不断减小，芯片制造过程中的工艺参数浮动和芯片使用过程中温度的变化，对多米诺电路的功耗和性能造成了很大影响。本文提出了多参数蒙特卡罗方法，以最常用的双阈值技术为例，深入分析了工艺参数和温度同时浮动对不同结构的深亚微米级多米诺电路的功耗和延迟特性的影响。最后，论证了增加栅长和本文提出的最优保持管技术是两种有效的抗工艺参数和温度浮动的技术。　　 3)提出多米诺电路优化技术有效性的评估方法。常用的多米诺电路的优化方法是通过均衡不同的电路性能参数而达到优化目的，如前面提到的应用最广泛的三种传统优化技术，它们在降低多米诺电路功耗的同时，影响了电路的性能。因此，在实际的电路设计中，为了减少设计迭代次数节省设计时间，在对多米诺电路进行优化之前，能否对优化结果（功耗减小量和延迟增加量）进行准确的评估，从而判断其是否满足功耗和速度的双重设计约束，已成为设计者面临的重要问题。基于小波神经网络理论，本文提出了一种多米诺电路优化技术有效性的评估系统，并将其成功应用于三种优化方法，通过与HSPICE仿真结果的比较，验证了其准确性。最后以双阈值技术为例，应用多参数蒙特卡罗方法，分析了工艺参数和温度浮动下该评估系统的适用性。　　 4)低功耗高性能多米诺电路2D和3D芯片的实现。本文设计实现了一款低功耗高性能Domino芯片，该芯片整体通过IO复用和独立时钟结构解决了功耗独立性问题，内核采用后置时钟技术实现了四个功能模块，其中D-ALU2和D-Adder2模块应用了多种多米诺电路传统和新型优化技术，实现了低功耗高性能的设计目的。此外，作为最新的集成电路研究热点之一，3D集成技术有效的减小了互连线长度和芯片面积，降低了功耗，提高了芯片集成度。本文对3D多米诺电路进行了深入探索，分析和研究了3D多米诺电路设计的技术特点和技术关键，并基于Tezzaron&Chartered130 nm3D工艺，以Zipper多米诺全加器为例，介绍了3D多米诺电路的设计方法。