集成電路設(shè)計大賽推進(jìn)版圖設(shè)計課程改革

北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發(fā)展有限公司 韓 霞

集成電路設(shè)計大賽推進(jìn)版圖設(shè)計課程改革

北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發(fā)展有限公司 韓 霞

集成電路版圖設(shè)計是銜接集成電路設(shè)計與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與職業(yè)能力培養(yǎng)中起到重要作用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計大賽”為集成電路設(shè)計相關(guān)課程的改革提供了強(qiáng)有力的推動作用。本文結(jié)合參加的幾屆“大賽”，及時調(diào)整集成電路版圖設(shè)計實踐課程教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步完善實踐教學(xué)平臺的建設(shè)。

集成電路設(shè)計大賽；版圖設(shè)計；改革

0 引言

2014年6月，國務(wù)院公布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，提出到2015年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入超過3500億元的目標(biāo)，到2030年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平?！毒V要》指出為了達(dá)成上述目標(biāo)，需要加大人才培養(yǎng)力度。建立健全集成電路人才培養(yǎng)體系，支持微電子學(xué)科發(fā)展，采取多種形式大力培養(yǎng)培訓(xùn)集成電路領(lǐng)域高層次、急需緊缺和骨干專業(yè)技術(shù)人才[1]。作為“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”，北京工業(yè)大學(xué)更是肩負(fù)著為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀的集成電路設(shè)計人才的歷史重任。為貫徹國務(wù)院文件精神，保證我國集成電路行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，我校積極探索改革教育教學(xué)方式。特別是近幾年通過指導(dǎo)學(xué)生參加“大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽”，進(jìn)一步認(rèn)識到集成電路版圖設(shè)計課程改革的必要性。

由北京市教委，北京電子學(xué)會主辦的“大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽”是針對國內(nèi)微電子及相關(guān)專業(yè)在校生的一次專業(yè)實踐性賽事，迄今已經(jīng)舉辦4屆，累計吸引了超過500個團(tuán)隊，約3千人次電子專業(yè)大學(xué)生參加，參加學(xué)校超過50所，取得了巨大的社會反響，成為國內(nèi)各高校微電子專業(yè)綜合實力展示的年度盛會[2]。國內(nèi)最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司為賽事提供全流程的EDA設(shè)計工具。國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)華潤上華科技有限公司將為獲獎的參賽隊伍提供參賽作品流片機(jī)會?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計大賽”已經(jīng)成為國內(nèi)集成電路企業(yè)開展教育合作，發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和展示企業(yè)成果的平臺。同時，“大賽”也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要環(huán)節(jié)[3]?，F(xiàn)結(jié)合參加4屆“大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽”談一談我校集成電路版圖設(shè)計實踐課程教學(xué)的改革。

1 基于Aether工具，構(gòu)建集成電路版圖設(shè)計實踐教學(xué)平臺

集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)離不開實踐教學(xué)平臺的建設(shè)。建立集成電路版圖設(shè)計實踐教學(xué)平臺主要是選擇合適的EDA工具，為學(xué)生提供一個良好的軟硬件環(huán)境。目前集成電路設(shè)計的EDA工具很多，其中Synopsys、Cadence和Mentor等公司的產(chǎn)品占據(jù)了EDA工具市場90%以上的份額[4]，但是這些EDA工具售價相當(dāng)昂貴，大部分高校無力支付每年高額的Licence費用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計大賽”由國內(nèi)最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司提供全流程的EDA設(shè)計工具。為了讓我校的學(xué)生盡快熟悉并掌握大賽所用EDA設(shè)計工具，調(diào)動更多的學(xué)生參加“大賽”，我校與華大九天軟件有限公司共同創(chuàng)建了北京華大VLSI EDA實驗室，配備了華大九天EDA系統(tǒng)，并及時調(diào)整版圖設(shè)計實踐教學(xué)平臺，構(gòu)建了基于Aether工具的版圖設(shè)計實踐教學(xué)平臺。該平臺不僅為本科生教學(xué)服務(wù)，同時也面對本專業(yè)學(xué)習(xí)全天開放，學(xué)生可以借助平臺，利用課余時間提高集成電路設(shè)計相關(guān)創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。此外，該平臺也為學(xué)生參加并完成集成電路設(shè)計大賽的任務(wù)提供了保障。

北京華大九天軟件有限公司自主研發(fā)的Aether是一個完整的數(shù)?；旌闲盘朓C設(shè)計平臺，包含設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理 (Design Manager)、工藝管理 (Technology Manager)、原理圖編輯器 (Schematic Editor)、混合信號設(shè)計仿真環(huán)境 (MDE)、版圖編輯器 (Layout Editor)、原理圖驅(qū)動版圖 (SDL) 和混合信號布線器 (MSR)等模塊；無縫集成了華大九天SPICE仿真工具ALPS-AS、數(shù)?；旌闲盘柗抡婀ぞ逜LPS-MS，混合信號波形查看工具iWave，物理驗證工具Argus和寄生參數(shù)提取工具RCExplorer，同時可以集成其它主流的第三方工具，使整個設(shè)計流程更加平滑、高效[5]。

2 優(yōu)化課程內(nèi)容，突出課程特點

集成電路版圖設(shè)計是銜接集成電路設(shè)計與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與職業(yè)能力培養(yǎng)中起到重要作用。通過版圖設(shè)計，可以將立體的電路轉(zhuǎn)化為二維的平面圖形，在通過工藝加工轉(zhuǎn)化為基于半導(dǎo)體硅材料的立體結(jié)構(gòu)[6]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計機(jī)構(gòu)研究近些年電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生從業(yè)趨勢發(fā)現(xiàn)，由于與本科生相比研究生具有更多的電路知識儲備，因此，在集成電路設(shè)計領(lǐng)域，各大型企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)更傾向招聘研究生及以上學(xué)歷的高水平人才。而在以集成電路版圖為代表包括集成電路測試以及工藝等與集成電路設(shè)計相關(guān)的領(lǐng)域，相對而言對電路設(shè)計知識的要求不高，因而這些崗位對本科生而言更具競爭力。從這個角度而言，集成電路版圖設(shè)計實踐課程對本科生將來就業(yè)或進(jìn)一步深造奠定了堅實的基礎(chǔ)。

鑒于集成電路版圖設(shè)計課程在微電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)過程中的重要作用，結(jié)合分析參加的幾屆“大賽”中學(xué)生存在的問題與不足，我校及時調(diào)整集成電路版圖設(shè)計實踐課程教學(xué)內(nèi)容。目前，在集成電路版圖設(shè)計實踐教學(xué)過程中，通過講解版圖設(shè)計流程及方法，帶領(lǐng)學(xué)生完成一個基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的全定制反相器的設(shè)計。學(xué)生在這個過程中不僅學(xué)習(xí)了集成電路設(shè)計流程，而且熟悉并掌握Aether工具的使用，并進(jìn)一步理解集成電路版圖設(shè)計過程中各層掩膜版的作用及繪制步驟，如N阱掩膜版、有源區(qū)掩膜版、硅柵掩膜版、MOS管源區(qū)掩膜版、MOS管漏區(qū)掩膜版、接觸孔掩膜版、金屬1層掩膜版、過孔掩膜版、金屬2層掩膜版。完成反相器版圖的繪制后，要求學(xué)生完成該版圖的DRC及LVS驗證。通過反相器的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠獨立完成一些基本數(shù)字單元的版圖設(shè)計，并通過調(diào)用這些基本單元完成D觸發(fā)器或3-8譯碼器等單元電路的版圖設(shè)計及驗證。在這個過程中，學(xué)生又進(jìn)一步掌握了層次化電路的設(shè)計方法。此外，集成電路版圖設(shè)計實踐課程中還安排了模擬電路版圖的設(shè)計內(nèi)容，不僅要求學(xué)生掌握多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋電感等常用無源器件版圖設(shè)計方法，還要求學(xué)生完成一款簡單運算放大器的版圖設(shè)計及驗證。

通過集成電路版圖設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了Aether工具的使用，并且掌握了集成電路版圖設(shè)計的基本方法，同時也為學(xué)生參加集成電路設(shè)計大賽創(chuàng)造了條件，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生參加集成電路設(shè)計大賽的熱情和將來從事版圖設(shè)計相關(guān)行業(yè)工作的信心。

3 結(jié)束語

集成電路版圖設(shè)計實踐課程在培養(yǎng)應(yīng)用型集成電路人才的過程中起著至關(guān)重要的作用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計大賽”為集成電路版圖設(shè)計相關(guān)課程的改革提供了強(qiáng)有力的推動作用。通過總結(jié)參加4屆“大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽”的經(jīng)驗與教訓(xùn)，我校及時調(diào)整集成電路版圖設(shè)計實踐課程教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步完成實踐教學(xué)平臺搭建，更好的與集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求相結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

[1]國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要．中央政府門戶網(wǎng)站．http://www．gov．cn/xinwen/2014-06/24/content_2707360．htm．

[2]大學(xué)生集成電路設(shè)計大賽．http://www．nuicdc．com/ index．php?m=content&c=index&a=show&catid=9&id=3．

[3]胡小玲,袁穎,劉榿．結(jié)合集成電路設(shè)計大賽談創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]．電子世界,2012, 1:163–164．

[4]施敏,徐晨．基于九天EDA系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計[J]．南通工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,3(4):101–103．

[5]北京華大九天軟件有限公司．設(shè)計平臺Aether．http://www．empyrean．com．cn/index．php?m=content&c= index&a=show&catid=125&id=50．

[6] 陸學(xué)斌．集成電路版圖設(shè)計[M]．北京:北京大學(xué)出版社,2012．

胡小玲（1971-），女，陜西人，碩士研究生，講師，研究方向：集成電路設(shè)計。