運(yùn)用集成電路競賽改革專業(yè)課程教學(xué)模式

北京工業(yè)大學(xué) 彭曉宏 曲 楊 侯立剛 代田慧 王宇辰

運(yùn)用集成電路競賽改革專業(yè)課程教學(xué)模式

北京工業(yè)大學(xué) 彭曉宏 曲 楊 侯立剛 代田慧 王宇辰

作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，集成電路產(chǎn)業(yè)是支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。集成電路設(shè)計(jì)競賽為培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)人才，推動(dòng)中國自主知識產(chǎn)權(quán)EDA設(shè)計(jì)工具的普及，改革優(yōu)化學(xué)校集成電路專業(yè)人才的培養(yǎng)體系有重要積極的作用。

集成電路；專業(yè)教學(xué)；改革

0 引言

集成電路作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是國民經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是涉及國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，一直受到我國政府的大力支持。2014年6月，國務(wù)院印發(fā)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，強(qiáng)調(diào)大力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)業(yè)，并圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈，以設(shè)計(jì)業(yè)的快速增長帶動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展。2014年10月14日，工信部辦公廳宣布國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金已于9月24日正式設(shè)立，總資本達(dá)到1200億。2015年2月13日，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金向紫光集團(tuán)下的芯片業(yè)務(wù)投資100億元，開啟基金的大規(guī)模投資計(jì)劃，推動(dòng)我國半導(dǎo)體企業(yè)做大做強(qiáng)。說明我國政府對集成電路產(chǎn)業(yè)的扶持已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，我國集成電路事業(yè)將進(jìn)入一個(gè)黃金發(fā)展時(shí)期。

智力密集型的集成電路產(chǎn)業(yè)最重要的資源是人才。在產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大潮下，集成電路人才教育的重要性日益凸顯。所以，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，通過高校與集成電路企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才等方式，加快建設(shè)和發(fā)展示范性微電子學(xué)院和微電子職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。采用多種形式大力培養(yǎng)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。

近年來，在國家“十一五”重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持下，華大“以軟件基礎(chǔ)育人、以產(chǎn)業(yè)協(xié)同育人，滿足不同層次人才需求”的目標(biāo)有了更好的施展平臺。自2011年起，華大以“華大九天”新一代自主知識產(chǎn)權(quán)EDA平臺為技術(shù)支撐，聯(lián)合北京電子學(xué)會及高校搭建的競賽平臺“華大九天杯”大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽，除提供全部EDA設(shè)計(jì)工具外，還針對工具使用提供網(wǎng)上在線培訓(xùn)。采用華大九天與華潤上華聯(lián)合開發(fā)的0.35μm工藝PDK，為參賽隊(duì)伍提供參賽作品流片，為集成電路人才培養(yǎng)做出了貢獻(xiàn)，帶動(dòng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，使學(xué)生更好的了解集成電路設(shè)計(jì)全過程。數(shù)千名微電子專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)通過“華大九天杯”走向?qū)嵺`平臺，開始他們的職業(yè)生涯，經(jīng)過集成電路設(shè)計(jì)大賽的專業(yè)培訓(xùn)和歷練，他們的專業(yè)素質(zhì)在工作崗位上得到體現(xiàn)。

1 大賽對課程體系改革的影響

我國歷史悠久，傳統(tǒng)教育模式根深蒂固，只強(qiáng)調(diào)課本知識的課堂傳授，忽略實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。由于這種教育理念的影響，教師會填鴨式的教學(xué)，只注重學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，而忽略其動(dòng)手實(shí)踐能力，達(dá)不到書本和實(shí)際相結(jié)合的要求，滿足不了現(xiàn)代社會對當(dāng)下畢業(yè)生的需求。因此學(xué)生需要有更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參加集成電路設(shè)計(jì)大賽可以對學(xué)生除了課本知識外的領(lǐng)域進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)在實(shí)際教學(xué)中，需要將集成電路設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法從教學(xué)思路上分離，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)基本以分立電路設(shè)計(jì)或中小規(guī)模集成電路元件的應(yīng)用為主，較少涉及集成電路的內(nèi)在設(shè)計(jì)。所以應(yīng)多開設(shè)以實(shí)踐為主要考察元素的課程，使學(xué)生們鍛煉出良好的實(shí)踐動(dòng)手能力。

通過指導(dǎo)參加集成電路設(shè)計(jì)大賽，應(yīng)在平時(shí)教學(xué)時(shí)就加入集成電路設(shè)計(jì)課程。盡管我國高等教育的專業(yè)設(shè)置中，電子類專業(yè)很多，學(xué)生數(shù)量龐大，所學(xué)專業(yè)各有不同，但課程設(shè)置基本相同，只需略加更改就可以很快的將傳統(tǒng)的電子工程類專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)成適合集成電路設(shè)計(jì)需要的專業(yè)型人才。為此，可以在傳統(tǒng)電子類課程體系中加入與集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容。比如增加集成電路設(shè)計(jì)課程和基于軟件的仿真實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)驗(yàn)證等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，最終以實(shí)際做出相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)打分，以使學(xué)生快速有效的掌握集成電路的設(shè)計(jì)方法。

運(yùn)用簡單的軟件（比如tanner）進(jìn)行一般電路仿真，會使學(xué)生對于集成電路有系統(tǒng)的了解，分別開設(shè)數(shù)字集成電路和模擬集成電路課程，將EDA層次化設(shè)計(jì)理論理念融入教學(xué)中，使IC設(shè)計(jì)、FPGA設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)在EDA的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來。在本科教育中可以讓學(xué)生對于集成電路的總體方向有系統(tǒng)的認(rèn)識，以認(rèn)知教學(xué)為主，在研究生教育中以EDA技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)為主，按照層次和目標(biāo)需求培養(yǎng)學(xué)生。

2 大賽對學(xué)生能力培養(yǎng)的影響

集成電路設(shè)計(jì)大賽在人才培養(yǎng)過程中扮演了不可取代的角色，使得學(xué)生有完成整條電路設(shè)計(jì)鏈上的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。大賽要求學(xué)生具有扎實(shí)的基本知識，實(shí)事求是的態(tài)度，頑強(qiáng)的意志，敢于迎難而上和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，同時(shí)檢驗(yàn)了參賽者的創(chuàng)新能力，可以說比賽對于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)、意志的磨練是課堂上難以得到的。

集成電路設(shè)計(jì)大賽從參賽者選題開始，然后根據(jù)題目給出的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，搭建電路結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行電路的仿真調(diào)節(jié)，得到經(jīng)過優(yōu)化的參數(shù)，最后進(jìn)行電路版圖設(shè)計(jì)，經(jīng)過LVS和DRC規(guī)則檢查，進(jìn)而送入IC制作公司進(jìn)行流片，測試檢查最終電路的功能實(shí)現(xiàn)是否符合指標(biāo)要求并撰寫報(bào)告等環(huán)節(jié)，使學(xué)生能親自感受一個(gè)簡單的集成電路設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念。理論知識和實(shí)踐密切的結(jié)合起來，從而使這些知識得到進(jìn)一步的鞏固、深化和發(fā)展。每一步對于參賽者來說都是一個(gè)很好的磨練，尤其是電路結(jié)構(gòu)定制以及參數(shù)仿真步驟，鍛煉了學(xué)生的合作精神并提升了專業(yè)設(shè)計(jì)能力。

與前幾屆集成電路設(shè)計(jì)大賽相比，本屆集成電路設(shè)計(jì)大賽更加專業(yè)，學(xué)生在差不多半年的準(zhǔn)備時(shí)間內(nèi)完成電路的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，得到比所給指標(biāo)更好的結(jié)果。在搜集資料過程中，結(jié)合已經(jīng)發(fā)表的各種電路以及所學(xué)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行創(chuàng)新，找到新方法、新思路來設(shè)計(jì)電路，這本身就是自主學(xué)習(xí)、不斷探索、不斷創(chuàng)新的過程。不在現(xiàn)場直接進(jìn)行比賽，準(zhǔn)備時(shí)間更長，設(shè)計(jì)的電路性能更加優(yōu)越，提高了大學(xué)生和研究生的專業(yè)分析和設(shè)計(jì)能力。

集成電路大賽提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。一個(gè)參賽團(tuán)隊(duì)一般要求三名同學(xué)組成，在競賽過程中需要有一種平等的態(tài)度，良好的溝通前提。在比賽中，參賽隊(duì)員們改變了自己為人處世的方式，積極配合并學(xué)會互相欣賞，耐心聽取他人意見、默契分工合作，為獲得最佳成績而共同奮斗。通過比賽，極大地促進(jìn)了學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

同時(shí)組委會和高校也會通過大賽吸引知名企業(yè)前來觀摩，企業(yè)也可以吸收優(yōu)秀參賽者進(jìn)入企業(yè)的研發(fā)一線進(jìn)行實(shí)習(xí)，通過大賽選拔人才，解決高校學(xué)生的部分就業(yè)問題，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)、學(xué)生和高校的三贏。

3 結(jié)語

集成電路設(shè)計(jì)大賽不僅為微電子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐平臺，鍛煉了學(xué)生的專業(yè)能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識，為今后從事復(fù)雜電路設(shè)計(jì)和社會工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)也對教學(xué)改革產(chǎn)生著重大影響，實(shí)踐表明開展大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽對于推進(jìn)我國集成電路人才培養(yǎng)以及高校的教學(xué)改革方面具有重要意義。

[1]李東生．中國IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r分析[J]．微電子技術(shù),2003(2)．

[2]中國集成電路,China Integrated Circuit,2008年02期．

[3]楊媛,余寧梅,高勇．半導(dǎo)體集成電路課程改革的探索與思考[J]．中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2008(03)．

[4]胡小玲,袁穎,等,結(jié)合集成電路設(shè)計(jì)大賽談創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]．電子世界,2012．01:163-164．

[5]陳建英,李濤,撒曉英．抓住競賽契機(jī) 深化計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革[J]．西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版,2010,36(9):75-77．

As the core of the information technology industry, integrated circuit is the industry of strategy, fundamental and priority, supporting economic development and safeguarding national security. Integrated circuit design competition plays an important role in cultivating integrated circuit design talents, promoting China’s independent intellectual property rights, popularizing EDA design tool, reforming and optimizing school professional talent cultivation system of integrated circuits.

IC; Technical teaching; Reform

彭曉宏（1962-），男，江西人，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，副教授。

曲楊（1991-），女，河北人，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，研究生。

侯立剛（1978-），男，山東人，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，講師。

代田慧（1991-），女，河南人，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，研究生。

王宇辰（1992-），男，北京人，北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，研究生。

國家科學(xué)基金（60976028、61204040），北京市科學(xué)基金（4123092）。