集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系研究與實(shí)踐

摘要：本文以作者近四年的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系的制定與實(shí)踐進(jìn)行了探討。首先分析了我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和人才需求狀況，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)該專業(yè)的特點(diǎn)結(jié)合實(shí)際情況制定了該專業(yè)的課程體系，對(duì)該專業(yè)的發(fā)展和我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：IC設(shè)計(jì)；集成系統(tǒng)；課程體系；CDIO

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

目前我國(guó)集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計(jì)業(yè)、芯片制造業(yè)、封裝和測(cè)試業(yè)四業(yè)并舉、比較協(xié)調(diào)的發(fā)展格局，出現(xiàn)了長(zhǎng)江三角洲(上海、無(wú)錫、杭州)、京津地區(qū)和珠江三角洲(深圳、珠海、廣州)三個(gè)相對(duì)集中的產(chǎn)業(yè)區(qū)，建立了多個(gè)國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)化基地[1]。制造業(yè)的技術(shù)工藝已進(jìn)入國(guó)際主流領(lǐng)域，設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)接近國(guó)際水平。與之不協(xié)調(diào)的是我國(guó)集成電路人才缺口巨大，據(jù)報(bào)道到2008年中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)對(duì)IC設(shè)計(jì)工程師的需求量將達(dá)到25萬(wàn)人。國(guó)家對(duì)IC產(chǎn)業(yè)高度重視，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展高科技實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定》中將IC產(chǎn)業(yè)放在了電子信息產(chǎn)業(yè)的第一位[2]。在此背景下，教育部于2001年開(kāi)始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用人才的迫切需求[3]。

從《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》(國(guó)發(fā)[2000]18號(hào))到《教育部、科技部關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校建設(shè)國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》(教高〔2003〕2號(hào))，足以看到集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是我國(guó)目前急需發(fā)展和完善的專業(yè)。要想辦好該專業(yè)首先應(yīng)對(duì)該專業(yè)建立一個(gè)科學(xué)的課程體系，該專業(yè)的新概念、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，因此研究和制定適合本專業(yè)的理論與實(shí)踐發(fā)展的課程體系是十分重要的。

2我國(guó)IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才現(xiàn)狀

2.1IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才需求

IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才的現(xiàn)狀是：人才總量嚴(yán)重不足，設(shè)計(jì)人才供需矛盾尤為突出。人才層次結(jié)構(gòu)不合理；人才地區(qū)分布不平衡；人才流向與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系明顯。國(guó)家教育部、科技部共同于2003年7月確定了9個(gè)國(guó)家級(jí)集成電路人才培養(yǎng)基地的宏偉計(jì)劃。在這之后，又增加了7所大學(xué)作為人才培養(yǎng)基地。旨在加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，大力培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)人才滿足社會(huì)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求。

2.2IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家教育部網(wǎng)上公布的信息，到目前為止具有集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的高校有：2001批準(zhǔn)的有電子科技大學(xué)；2003批準(zhǔn)的有西安電子科技大學(xué)， 南通大學(xué)，杭州電子科技大學(xué)；2004批準(zhǔn)的有山東大學(xué)，華南理工大學(xué)，黑龍江大學(xué)，哈爾濱理工大學(xué)；2005批準(zhǔn)的有青島科技大學(xué)，西安郵電學(xué)院；2006批準(zhǔn)的有天津理工大學(xué)；2007批準(zhǔn)的有北京大學(xué)，大連理工大學(xué)。其他院校也積極申辦該專業(yè)。由于該專業(yè)是新興專業(yè)，至今還沒(méi)有科學(xué)完善統(tǒng)一的專業(yè)規(guī)范，這對(duì)該專業(yè)的發(fā)展影響頗大。

3 IC 設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)特點(diǎn)

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)與其他專業(yè)相比有如下突出的特點(diǎn)：門檻高、內(nèi)容新、發(fā)展快、屬于交叉學(xué)科、與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密、高投入、與世界同步、畢業(yè)生就業(yè)服務(wù)的范圍具有國(guó)際性。

本專業(yè)是新興專業(yè)，從宏觀角度國(guó)際上該專業(yè)還沒(méi)有像其他專業(yè)(例如計(jì)算機(jī))形成完整的知識(shí)體系；其次，我國(guó)由于是在近幾年興辦該專業(yè)，還沒(méi)有專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范，我國(guó)各大學(xué)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃是從國(guó)外或者相關(guān)專業(yè)延伸來(lái)的，系統(tǒng)性、完備性差；第三，由于該專業(yè)是新興且又是不斷變化的學(xué)科專業(yè)，所面臨的主要挑戰(zhàn)是識(shí)別和規(guī)范該學(xué)科的基本內(nèi)容，因此，“知識(shí)結(jié)構(gòu)框架”、“課程體系”的規(guī)范顯得尤為重要；第四，該專業(yè)屬于交叉學(xué)科專業(yè)，其內(nèi)涵并不像其他專業(yè)那樣清晰和單一，人才培養(yǎng)涉及知識(shí)很廣，包括微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、軟件工程、通訊、控制、管理等多學(xué)科專業(yè)；第五，該專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的

運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)工作的能力、與人溝通和交流的能力以及創(chuàng)新的能力有很高的要求。

4IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)結(jié)構(gòu)體系實(shí)踐

4.1IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略

結(jié)合高校自身在教學(xué)資源上的優(yōu)勢(shì)和我國(guó)IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，緊跟IC技術(shù)的發(fā)展。引入CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)教育理念，結(jié)合高校自身的實(shí)際情況加強(qiáng)校企合作。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的、適應(yīng)企業(yè)需求的國(guó)際化、實(shí)用化、個(gè)性化的高素質(zhì)、高水平人才為宗旨。

4.2IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

對(duì)應(yīng)用型本科院校而言，應(yīng)充分考慮行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)對(duì)人才的需求，適時(shí)地根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和行業(yè)發(fā)展調(diào)整專業(yè)方向，以便更好地服務(wù)于行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)[4]。加強(qiáng)校企合作，突出“多類型、工程型、實(shí)用型，具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和文化修養(yǎng)，較完整地掌握集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生了解和掌握IC設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、測(cè)試、應(yīng)用的整個(gè)流程；既掌握集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)又懂得集成系統(tǒng)技術(shù)；既有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)的應(yīng)用能力；既了解集成電路應(yīng)用、生產(chǎn)知識(shí)又精通集成電路產(chǎn)業(yè)的管理；既可以承擔(dān)實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，又可進(jìn)行科學(xué)研究。使學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)與能力：

(1) 具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和寬闊的科學(xué)視野；

(2) 具備獨(dú)立的科學(xué)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力，同時(shí)具有運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)工作的能力、較強(qiáng)的協(xié)調(diào)、組織能力；

(3) 具有良好的與人溝通和交流的能力，能掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢和撰寫科學(xué)論文的能力以及口語(yǔ)交際能力；

(4) 具有較好的人文社科知識(shí)、人文素質(zhì)和自然科學(xué)基本理論知識(shí)，對(duì)全球社會(huì)、工程科學(xué)和技術(shù)影響的理解力以及對(duì)自己所處領(lǐng)域中問(wèn)題的敏感性，了解信息學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)；

(5) 掌握電子電路和大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技能，能從事先進(jìn)大規(guī)模集成電路、集成電子系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)以及新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝的研究、應(yīng)用開(kāi)發(fā)和管理。

4.3IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系制定的指導(dǎo)思想

首先，跟蹤、收集該專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的知識(shí)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)本專業(yè)的知識(shí)的總結(jié)、梳理、推演和挖掘，借鑒ACM和IEEE/CS[5]做法，采用科學(xué)的方法，以國(guó)外學(xué)術(shù)界的研

究成果和IC設(shè)計(jì)工業(yè)界的良性建議為基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)闹R(shí)載體，構(gòu)造IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)慕逃R(shí)結(jié)構(gòu)框架，以求更好地向?qū)W生傳授本學(xué)科專業(yè)的基本的問(wèn)題求解方法。

其次借鑒CDIO的理念，大大加強(qiáng)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，切實(shí)通過(guò)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)工作的能力、與人溝通和交流的能力以及創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)、職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任心。進(jìn)而培養(yǎng)出符合學(xué)科專業(yè)和社會(huì)發(fā)展需要的優(yōu)秀IC設(shè)計(jì)人才。

4.4IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系制定

我校(哈爾濱理工大學(xué))從成功申辦集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)以來(lái)，與美國(guó)西北理工大學(xué)(NPU)合作辦學(xué)借鑒經(jīng)驗(yàn)；同臺(tái)灣中華大學(xué)進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性合作交流與探討；與著名的IC設(shè)計(jì)軟件供應(yīng)商Synopsys、Cadence以及Mentor Graphics等進(jìn)行合作交流。另外，我們還走訪了上海交通大學(xué)等相關(guān)院校專業(yè)；參觀拜訪了一些集成電路生產(chǎn)制造企業(yè)，與企業(yè)交流了解企業(yè)對(duì)集成電路人才的具體要求。結(jié)合我校實(shí)際情況提出了制定IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系的基本策略，基本策略包括：

(1) 保證政治理論課與軍訓(xùn)的學(xué)分和學(xué)時(shí)要求。在新的教學(xué)計(jì)劃中毛澤東思想、鄧小平理論、馬克思主義哲學(xué)原理、馬克思主義政治經(jīng)濟(jì)學(xué)、軍事理論、軍訓(xùn)等課程均未作調(diào)整。

(2) 壓縮公共基礎(chǔ)課，取消與集成電路設(shè)計(jì)方向關(guān)系不大的基礎(chǔ)課程。取消計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課程；由于部分專業(yè)課程采用雙語(yǔ)教學(xué)，因此取消了專業(yè)外語(yǔ)。

(3) 專業(yè)方向課和專業(yè)任選課以市場(chǎng)為導(dǎo)向設(shè)置。為了培養(yǎng)符合市場(chǎng)需要的IC設(shè)計(jì)人才，專業(yè)方向課的設(shè)置以IC設(shè)計(jì)主流方向?yàn)閷?dǎo)向，任選課的設(shè)置以目前流行的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具為主，以適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

(4) 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，引入CDIO教育理念。增加了課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。同時(shí)加大校企合作力度，采用“定制式”培養(yǎng)模式，將畢業(yè)生安排IC設(shè)計(jì)公司針對(duì)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。

(5) 動(dòng)態(tài)的教學(xué)計(jì)劃。由于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)是一個(gè)飛速發(fā)展的學(xué)科，市場(chǎng)需求是不斷變化的，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃中的專業(yè)平臺(tái)課以后的教學(xué)內(nèi)容。

按照以上基本策略制定了IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的課程體系。

IC設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃，拓?fù)鋱D見(jiàn)下圖。

其中主干課程包括：信號(hào)與系統(tǒng)、片上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、半導(dǎo)體集成電路、數(shù)字IC設(shè)計(jì)、模擬IC設(shè)計(jì)、EDA技術(shù)與VERILOG、ASIC設(shè)計(jì)、SoC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、集成電路邏輯綜合技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)、版圖設(shè)計(jì)、集成電路測(cè)試與可測(cè)性、布局與繞線等。

2009年我校集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的第一屆畢業(yè)將步入社會(huì)，按照“定制式”培養(yǎng)方式，目前已有多家企業(yè)與我校達(dá)成協(xié)議。這些企業(yè)對(duì)我校該屆畢業(yè)生所具備知識(shí)水平和專業(yè)能力高度認(rèn)可。

5結(jié)束語(yǔ)

百年大計(jì)，教育為本。發(fā)展我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的專業(yè)人才是重中之重。培養(yǎng)該專業(yè)的優(yōu)秀的專業(yè)人才離不開(kāi)一個(gè)科學(xué)的課程體系。本文結(jié)合近四年的教學(xué)、管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)該專業(yè)課程體系進(jìn)行了探討，對(duì)該專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系的進(jìn)一步研究與實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。

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[5] The Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE-CS) and the Association for Computing Machinery (ACM).Computing Curricula Final Draft-December 15，2001.

Research and Practice on the Course System of IC Design and Integration System

Abstract: Based on the author’s nearly four years experience in running schools and teaching practice， research and pratice on the course system ofIC design and integration system were discussed. Firstly， the development of China's IC design industry and the requirement of human resources in this area were analysed. On this basis， in accordance with the characteristics of the professional and the actual situation， the course system were established. This paper has a very important significance on the development of this professional and China's IC industry.

Keywords: IC design， integration system， course system， CDIO