《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)探索

賀利軍　周前能　楊虹

摘 要 隨著集成電路設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，中國的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求日益增加，集成電路設(shè)計(jì)的本科教學(xué)就成為其人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。本文通過《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)中的現(xiàn)狀的分析，探討集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的優(yōu)化改革。

關(guān)鍵詞 集成電路設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2015）19-0006-02

1958年，美國德州儀器公司的基爾比發(fā)明了第一塊集成電路，隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)?？梢赃_(dá)上億個(gè)晶體管。集成電路具有速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機(jī)和其他消費(fèi)電子，其2012年集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自2006年以來，我國集成電路的產(chǎn)值為126億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的5.1%，2013年我國集成電路的產(chǎn)值為405億美元，占全球產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的13.3%。2006年到2013年的年復(fù)合增長率達(dá)到18%，遠(yuǎn)超過全球集成電路產(chǎn)業(yè)整體增速。我國集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如表1所示。

近年來，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策支持下發(fā)展迅速，因此對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求劇增。為了滿足社會(huì)日益發(fā)展的需要，國家在高校內(nèi)大力推廣集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的課程，并且取得了較好的效果，使人才缺口減小，但是還是不能滿足國內(nèi)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才實(shí)際數(shù)量的需求。為了更好地加快集成電路設(shè)計(jì)人才的的培養(yǎng)，本文針對(duì)《數(shù)字集成電路原理》教學(xué)中存在的問題，并且根據(jù)教學(xué)的現(xiàn)狀，探索出集成電路設(shè)計(jì)的教學(xué)改革。

一、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理教學(xué)中的現(xiàn)狀

集成電路設(shè)計(jì)相對(duì)于以分立器件設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)的電子類專業(yè)而言，偏向于系統(tǒng)級(jí)的大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，因此，微電子專業(yè)和集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生注重設(shè)計(jì)方法的形成，避免只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。即使學(xué)生掌握了設(shè)計(jì)的方法，能夠進(jìn)行一些小規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品不能用，不能滿足用戶的需求。這就成了數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理面臨的問題。

二、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理教學(xué)改善的方法

（1）針對(duì)上述的問題，在多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，在教學(xué)方法上進(jìn)行改進(jìn)，改變傳統(tǒng)的以教師為中心，以課堂講授為主的教學(xué)方式，采用項(xiàng)目化教學(xué)來解決數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中只懂理論、不懂設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。注重?cái)?shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過將一個(gè)項(xiàng)目拆分成幾個(gè)小項(xiàng)目，使學(xué)生在項(xiàng)目中逐漸加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的集成電路設(shè)計(jì)概念。學(xué)生分成5-8人一組，通過小組的方式加強(qiáng)了學(xué)生的相互合作能力，讓學(xué)生更有責(zé)任感和成就感。學(xué)生應(yīng)用相關(guān)的EDA軟件來完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，能夠掌握硬件描述語言、綜合應(yīng)用等數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)工具。

（2）通過PDCA戴明環(huán)的方式改善了集成電路設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可用度不高的問題。在集成電路設(shè)計(jì)過程中，通過跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計(jì)中反應(yīng)的問題，對(duì)項(xiàng)目難易度的進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生計(jì)劃、分析、協(xié)作等多方面的能力。結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通過PDCA戴明環(huán)的方式來持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，使其滿足社會(huì)對(duì)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)人才的需求。PDCA戴明環(huán)如圖2所示。

（3）開展校企合作的方式，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)企業(yè)和學(xué)校的共同發(fā)展。這種方式實(shí)現(xiàn)了學(xué)校與企業(yè)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，資源共享，培養(yǎng)出更加適合社會(huì)所需要的集成電路設(shè)計(jì)人才，也能夠讓學(xué)校和企業(yè)形成無縫對(duì)接。

三、小結(jié)

隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，更多的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，因此，使用最新的設(shè)計(jì)工具，合理設(shè)置《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》的教學(xué)內(nèi)容，可以提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過對(duì)《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)的探索，改變了以教師為中心的傳統(tǒng)采理論課教學(xué)方式，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實(shí)踐都能夠滿足集成電路設(shè)計(jì)人才的要求。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：（1）重慶市高等學(xué)校教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（132014）；（2）重慶市高等教育學(xué)會(huì)2013-2014年高等教育科學(xué)研究課題（CQGJ13C446）；（3）重慶市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題（2014-GX-006）。

（責(zé)任編輯 曾 卉）