集成電路CAD課程問題分析及解決

摘 要：隨著我國集成電路的發(fā)展，在制造和設(shè)計兩個方面需要大量的人才，而由于我國集成電路起步晚，與國外先進技術(shù)有一定差距，在人才方面也越顯后勁不足的趨勢，為整合資源，本文首先分析了集成電路的現(xiàn)狀，然后結(jié)合集成電路CAD教學中面臨的一些問題做了分析。提出信息化教學的一些方法。在實踐教學中也得到了一些效果。

關(guān)鍵詞：集成電路；CAD；信息化

1 引言

2015年2月10日，國家發(fā)改委對高通開出了天價60億的罰單。 古人云不要因小失大，這在高通公司身上絕對是名言錦句，但是這60億罰款對于高通來說根本談不上小，最多算是毫，不僅如此，高通卻牢牢的把握住了中國這塊大蛋糕，并沒有因為這個罰單而遠走高飛。絕對有意思的是，高通的股價當時還逆勢上漲4.69%，收報70.26美元。說明投資者更看好高通。高通這招的以退為進堅固了它在中國市場的地位。芯片作為我們國家眾多產(chǎn)業(yè)其發(fā)展遠遠無法與我國目前的地位相匹配，是中國產(chǎn)業(yè)中最弱的一環(huán)，而目前大家都知道中國的芯片市場有多大，僅僅智能手機一項的銷售都占了全球半壁江山，并且在未來還有繼續(xù)增長的趨勢，與高通年收入近300億美元相比，中國芯片企業(yè)如華為海思、展訊銷售規(guī)模都不超過20億元人民幣[1]。

2集成電路現(xiàn)狀分析

我們國家手機用戶到目前為止已經(jīng)突破12億大關(guān)，但是手機里面的芯片大多乃是所有的都基本上不是我們國家自己生產(chǎn)的，這是多么可怕的一個現(xiàn)實，我國通信的命脈基本把握在國外公司手中，而芯片設(shè)計的關(guān)鍵是人才的供給，集成電路設(shè)計制造公司說白了是知識密集型，勞動密集型企業(yè)，需要大量的高精尖人才花大量的時間精力去投入。才能得到產(chǎn)出。但是由于起步較晚，我們國家雖然投入了大量的資金但是卻很晚才能見到成效。說一個比較駭人聽聞的消息，也許你關(guān)注石油，關(guān)注稅收，但是你從未聽過這些：芯片進口額超過石油“中國人使用手機采用的芯片中，只有不足兩成是我國自主研發(fā)生產(chǎn)的，至于4G手機采用的芯片，則基本上都是依靠國外進口。”全國人大代表、中國工程院院士、中星微電子有限公司董事長鄧中翰在談及我國芯片業(yè)現(xiàn)狀時如是說。工信部的數(shù)據(jù)：2013年我國集成電路進口額高達2313億美元，同比增長20.5%，而同期我們國家石油的進口額是2196億美元。2313相比2196雖然多不了多少，但是一個事實是：相比不可再生能源石油我們無法生產(chǎn)這么多量，而芯片我們可以自己設(shè)計制造，并且芯片作為一個國家國力的象征，必須要發(fā)展起來，不受他國的制約，在美國為首的政治軍事集團對我國的包圍環(huán)境下，更不能僅僅依靠進口來滿足我們國家的芯片需求，沒有芯片就沒有軍事，沒有電子世界。沒有21世紀的制造設(shè)計大國。而集成電路的發(fā)展離不開創(chuàng)新，而創(chuàng)新離不開人才，未來競爭一是人才的競爭。[2]筆者在一線從事集成電路教學工作，下面具體針對如果教好集成電路版圖作分析。希望能為國家提供優(yōu)秀的微電子后備力量盡綿薄之力[2]。

3 集成電路CAD課程重要性

筆者在2015年5月參與了微電子職業(yè)分析研討會，會上聯(lián)系了國內(nèi)部分研究所及企業(yè)行業(yè)的工程師，以及從事微電子工作的高職學生。通過研討會的形式，我了解到，學生與企業(yè)、研究所工程師都對學校教育提出了一些看法。那么學生希望能多給實踐鍛煉的機會而不是冗長復雜的理論研究，企業(yè)工程師希望學校能直接培養(yǎng)學生世紀操作能力，盡量到單位都可以勝任部分工作。這就要求以后的教學當中盡量針對實際的研發(fā)環(huán)境來培養(yǎng)學生。注重理論聯(lián)系實際，多以工程實例來培養(yǎng)學生?！都呻娐稢AD》作為微電子技術(shù)專業(yè)的核心課程之一。課程所講授的集成電路版圖設(shè)計是銜接集成電路設(shè)計與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在本專業(yè)的學習與職業(yè)能力培養(yǎng)中起重要作用。本課程實踐性很強，主要培養(yǎng)學生的cadence軟件使用技能、電路分析能力、器件版圖識別分析能力、集成電路版圖設(shè)計與驗證能力等版圖分析、版圖設(shè)計崗位技能的核心部分。不僅如此，集成電路的性能及功耗成本都受到版圖設(shè)計的影響，因此設(shè)計好版圖不僅能創(chuàng)新，而且能給公司企業(yè)帶來巨大利益?！都呻娐稢AD》也是學生以前學的《半導體物理》、《晶體管原理》、《半導體集成電路》、《數(shù)字電路》、《模擬電路》等等課程的歸集，加深了對以前課程的理解。最重要的一點是一個好的設(shè)計最終實現(xiàn)在半導體硅片上，需要集成電路CAD作為橋梁，所以集成電路CAD設(shè)計師的責任重大。需要培養(yǎng)好設(shè)計師一切所需的素質(zhì)。

4課程期間遇到的問題

在近兩年的教學中，筆者通過分析學生的上課狀況得到了一些信息。主要有如下幾個問題比較突出。首先在授課之前發(fā)現(xiàn)學生的基礎(chǔ)比較薄弱，主要是對集成電路與版圖之間的關(guān)系上理解不是很到位。比如一個NMOS的截面圖能很好理解，但是俯視圖也就是版圖就無法辨認各個區(qū)域，分析到原因可能是先修課程半導體集成電路的知識不扎實。其次對電路的結(jié)構(gòu)理解不到位，比如反相器結(jié)構(gòu)，與非門、或非門結(jié)構(gòu)。歸結(jié)出原因是之前的課程偏重理論，到了真正用的時候差不多都忘得一干二凈了。然后在教學過程中發(fā)現(xiàn)學生的學習積極性不高，尤其是老師在上面操作的時候，下面同學不能跟著好好的操作。最后的問題是在期末考核的時候，出現(xiàn)很多同學拿出作品，但是無法考證其是否是自己的作品。那么通過教學的改進，在兩年內(nèi)，通過一些方法，逐漸讓學生改掉了以前的一些毛病[3]。

5解決的方法

第一、二個問題：基礎(chǔ)薄弱。針對這個問題也沒有一本萬利的方法，通過分析集成電路CAD對基礎(chǔ)知識的要求總結(jié)出所需要的基礎(chǔ)知識點，通過2個課時的復習來提升學生的基礎(chǔ)。學生只需要了解一些基礎(chǔ)知識點就可以理解并學好《集成電路CAD》。

第三個問題：學生在上課期間無法好好跟著老師操作。針對這個問題，筆者跟實驗室管理員進行了溝通，通過安裝“多媒體網(wǎng)絡(luò)教室”教學系統(tǒng)實現(xiàn)對學生的管控，可將教師機的多媒體信息實時廣播給全體、群組或單個學生；提供電子教鞭功能，教師可對任何應用軟件進行注釋和講解；提供電子黑板和電子白板，教師可實現(xiàn)在普通黑板上的全部功能。當教師在口述講解，可將教師的語音實時廣播給全體、群組或單個學生?？蓪我弧⒉糠?、全體學生廣播。在必要時，可強制學生機屏幕黑屏，使學生能夠集中精力聽講。教師可實時監(jiān)視每個學生的電腦屏幕，觀察學生的學習情況，這樣教師不用離開自己的座位便可在機上觀看到每個學生對計算機的操作情況?？蓪我弧⑷航M或全體學生進行多屏幕（最多16個）和單一屏幕輪換循環(huán)監(jiān)視。教師可遠程接管某一選定的學生機，控制學生機的鍵盤和鼠標，對學生遠程遙控，輔導學生完成學習操作，進行“手把手”式交互式輔導教學。在此過程中，教師可隨時鎖定或允許學生操作計算機的鍵盤和鼠標，在遙控輔導教學中可實時監(jiān)視被遙控學生的電腦屏幕。教師在遙控輔導教學中可與被遙控學生進行雙向交談。教師在進行遙控輔導時可使用轉(zhuǎn)播教學功能。教師可選定一個學生機作為示范，由學生代替教師進行示范教學，該學生機的屏幕及聲音可轉(zhuǎn)播給其他學生，增加學生對教學的參與感，提高學習的積極性。教師可對教室內(nèi)的學生進行任意分組，每個小組的學生通過文字、語音、電子白板進行交流。教室可隨時插入任意小組，并參與討論，小組內(nèi)允許多個學生同時交談。小組組長控制整個討論過程。

第四個問題：學生的成績考核無法真實鑒定。針對這個問題，我聯(lián)想到了我以前在企業(yè)工作時候所用到的視頻錄像軟件編寫教程的經(jīng)歷，學生在工作之后，也許會遇到編寫教程的任務(wù)，那么事先可以給他們一個鍛煉機會，并且保存自己的學習成果，通過視頻錄像軟件，每個學生講自己對軟件的操作過程進行錄像，并以EXE文件形式保存下來。最后統(tǒng)一交到一個服務(wù)器網(wǎng)址。當然命名的方式是以學號進行的。通過對一學期學生考核，發(fā)現(xiàn)學生一改以前上課懶散的狀態(tài)，都積極參與到課程學習中。而且在考核的時候教師可以通過對學生錄像的視頻進行判斷學生的成績。而且學生無法進行互相抄襲復制，大大提高了學生的積極性[4][5]。

參考文獻

[1]以退為進！高通用巨額罰款換取中國市場[EB/OL]. http：//finance.qq.com/a/20150211/050177.htm，2015-02-11

[2]中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢解析[EB/OL].http：//www.eepw.com.cn/article/235133.htm，2014-03-23

[3]黃靜，施敏，張振娟，張雪峰. “集成電路CAD”課程教學平臺的構(gòu)建[J]. 電氣電子教學學報，2012，04：41-42.

[4]施敏，孫玲，徐晨，景為平. 淺談“集成電路版圖CAD”課程建設(shè)[J]. 中國集成電路，2007，12：59-62.

[5]施敏，張振娟，黃靜，朱友華，張威. 集成電路版圖CAD課程實踐教學的研究[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2014，03：43-44+47.

作者簡介：向舜然 男 1987年 重慶人 碩士研究生 研究方向：數(shù)字信號處理FPGA實現(xiàn)。endprint