集成電路后端設(shè)計(jì)方向課程群建設(shè)初探

阮偉華

(三江學(xué)院電子信息工程學(xué)院 江蘇南京 210016)

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用型高級(jí)專門人才（集成電路后端設(shè)計(jì)工程師、集成電路測(cè)試設(shè)計(jì)工程師、集成電路現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)工程師），涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域。隨著產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，集成電路自2014年首次寫入中國(guó)政府工作報(bào)告，重要性日益提升，2018年更是被列為加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)需推動(dòng)的五大產(chǎn)業(yè)之首。集成電路設(shè)計(jì)方面的人才需求劇增，根據(jù)《中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書(2018—2019年版)》[1]，預(yù)計(jì)到2021年前后，全行業(yè)人才需求規(guī)模為72.2萬(wàn)人左右，設(shè)計(jì)業(yè)26.8萬(wàn)人。到2018年底，我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)現(xiàn)有16.0萬(wàn)人，缺口是10萬(wàn)人。集成電路后端設(shè)計(jì)方向群的建設(shè)是服務(wù)于集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生，培養(yǎng)他們成為集成電路后端工程師或從事其他相關(guān)的工作。

一、教學(xué)大綱修訂及理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

（一）教學(xué)大綱修訂

對(duì)于數(shù)字集成電路后端設(shè)計(jì)和模擬集成電路后端設(shè)計(jì)這兩門課程教學(xué)大綱修訂，首先要了解這兩門課的前期必修的基礎(chǔ)課程，主要有電路分析、模擬/數(shù)字電子技術(shù)、模擬/數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)以及半導(dǎo)體器件物理等，再依據(jù)本校學(xué)生的情況和長(zhǎng)三角市場(chǎng)的需求來(lái)進(jìn)行編寫。該兩門課程要求學(xué)生具有集成電路智能化設(shè)計(jì)軟件和微電子器件等方面知識(shí)，熟練使用常用領(lǐng)域分析工具、分析相關(guān)工程問(wèn)題、研究解決方案、開展具體項(xiàng)目的研發(fā)與制造工作，具有解決多種工程技術(shù)問(wèn)題的思維能力、實(shí)際操作能力和工程創(chuàng)新能力。而對(duì)于高速PCB設(shè)計(jì)這門課程則要求學(xué)生具有電子電路等方面知識(shí)，熟練使用常用領(lǐng)域軟件來(lái)分析相關(guān)工程問(wèn)題、研究解決方案、開展具體項(xiàng)目的研發(fā)與制造工作，具有解決多種工程技術(shù)問(wèn)題的思維能力、實(shí)際操作能力和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（二）理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

該課程體系具有知識(shí)面廣， 專業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)，應(yīng)用性更強(qiáng)。因此在教學(xué)過(guò)程中采用多媒體互動(dòng)式與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合、課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式。重視能力培養(yǎng)，重視實(shí)踐，讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中鍛煉成長(zhǎng)，多安排學(xué)生到企業(yè)參觀、邀請(qǐng)企業(yè)人員來(lái)校授課，增加學(xué)生對(duì)畢業(yè)后實(shí)際工作崗位的認(rèn)知。

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要依據(jù)新修訂的教學(xué)大綱編寫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革。緊密結(jié)合社會(huì)需求，明確專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，注重實(shí)踐能力培養(yǎng)，以課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新活動(dòng)為載體，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的就業(yè)導(dǎo)向作用。探索課堂理論知識(shí)—實(shí)驗(yàn)室研究—工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)—工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。

二、教材建設(shè)

對(duì)于教材建設(shè)要因課程而異，各個(gè)課程的老師根據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)及手頭上現(xiàn)有的資源，以新編寫的大綱為指導(dǎo)進(jìn)行編寫。我校數(shù)字集成電路后端設(shè)計(jì)采用的方式是先教學(xué)再編寫，首先完成PPT和線上視頻，經(jīng)過(guò)1～2年的教學(xué)積累足夠的資料再進(jìn)行教材的編寫。對(duì)于高速PCB設(shè)計(jì)這門課程的教材編寫則是先采用文獻(xiàn)[2]進(jìn)行教學(xué)，然后根據(jù)大綱和多年的電子競(jìng)賽所整理的相關(guān)實(shí)例對(duì)文獻(xiàn)[2]進(jìn)行選擇性刪除和補(bǔ)充。而對(duì)于模擬集成電路后端設(shè)計(jì)這門課程教材的編寫則是對(duì)文獻(xiàn)[3]的改編。因?yàn)楸救瞬坏窃撜n程群建設(shè)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人也是模擬集成電路后端設(shè)計(jì)的任課老師及該教材的編寫者，所以在此重點(diǎn)介紹一下該教材的建設(shè)相關(guān)情況。

文獻(xiàn)[3]是在國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)深圳產(chǎn)業(yè)化基地(簡(jiǎn)稱“深圳IC基地”)和中國(guó)華大九天軟件有限公司（簡(jiǎn)稱“華大九天”）的大力支持下，由深圳IC基地與深圳大學(xué)信息工程學(xué)院EDA技術(shù)中心的專家共同撰寫的，基于國(guó)產(chǎn)集成電路設(shè)計(jì)工具(ZENI)的集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)用書。該書從全定制集成電路的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)范例入手，詳細(xì)介紹了ZENI工具的使用方法、注意事項(xiàng)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)；從結(jié)合基本工藝的庫(kù)單元建立出發(fā)，詳細(xì)論述了集成電路設(shè)計(jì)的基本原理與設(shè)計(jì)流程。該書力求通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的具體進(jìn)程，幫助初學(xué)者了解與理解集成電路設(shè)計(jì)的基本原理和基本過(guò)程，達(dá)到設(shè)計(jì)入門的目的。華大九天成立于2009年，致力于面向半導(dǎo)體行業(yè)提供一站式EDA及相關(guān)服務(wù)，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的EDA龍頭企業(yè)。在EDA方面，華大九天可提供模擬/數(shù)?；旌螴C設(shè)計(jì)全流程解決方案、數(shù)字SoC IC設(shè)計(jì)與優(yōu)化解決方案、晶圓制造專用EDA工具和平板顯示（FPD）設(shè)計(jì)全流程解決方案，擁有多項(xiàng)全球獨(dú)創(chuàng)的領(lǐng)先技術(shù)。圍繞EDA提供的相關(guān)服務(wù)包括設(shè)計(jì)服務(wù)及晶圓制造工程服務(wù)，其中晶圓制造工程服務(wù)包括PDK開發(fā)、模型提取以及提升大數(shù)據(jù)分析等。

從上述可知，模擬集成電路后端設(shè)計(jì)這門課程突出的特點(diǎn)就是教材中的軟件是采用國(guó)產(chǎn)軟件，這是有別于其他教材的，其他教材基本上都是采用國(guó)外的Cadence公司的集成電路設(shè)計(jì)軟件。由于華大九天的EDA軟件已經(jīng)從ZENI升級(jí)到Aether。所以文獻(xiàn)[3]改版后的書名為基于Aether的集成電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，目前該教材已經(jīng)完稿，校稿之后就可出版。Aether在集成電路原理圖設(shè)計(jì)、仿真、版圖設(shè)計(jì)和物理驗(yàn)證方面相比ZENI，不論是在功能上還是在運(yùn)行速度上都有質(zhì)的飛躍。

三、課程考核辦法改革

課程考核是課程教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是評(píng)介教學(xué)效果的一個(gè)重要手段，在教學(xué)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程理論知識(shí)與實(shí)踐能力掌握與否的關(guān)鍵指標(biāo)，也是考核教師教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)能力的方法之一。傳統(tǒng)的課程考核主要分三步，一是過(guò)程性考核，二是終結(jié)性考核，三是得到總評(píng)成績(jī)[4]。過(guò)程性考核可推行多種形式 (筆試、答辯、上機(jī)、測(cè)驗(yàn)、論文等)、多個(gè)階段(平時(shí)測(cè)驗(yàn)、作業(yè)測(cè)評(píng)、企業(yè)實(shí)踐、期末考試等)、多種類型(作品、課堂討論、課內(nèi)測(cè)試、創(chuàng)作設(shè)計(jì)、研究性學(xué)習(xí)報(bào)告、文獻(xiàn)綜述報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)查報(bào)告、課程論文、課外作業(yè)、競(jìng)賽等)，并貫穿于教學(xué)全過(guò)程和各個(gè)方面。終結(jié)性考核則是通過(guò)期末考試來(lái)體現(xiàn)。期末考試試題除了考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的記憶和理解外，還要著重考查學(xué)生對(duì)理論的靈活運(yùn)用能力、動(dòng)手操作能力以及思維創(chuàng)新能力，并加強(qiáng)考試結(jié)果的分析與反饋，實(shí)現(xiàn)考試的科學(xué)化和規(guī)范化?？傇u(píng)成績(jī)等于過(guò)程性考核成績(jī)和期末考試成績(jī)加權(quán)求和。

本課程群的內(nèi)容側(cè)重于工程實(shí)際應(yīng)用，所以結(jié)合課程性質(zhì)，考核形式要理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行考核，并適當(dāng)提高實(shí)踐考核的比重。比如在過(guò)程考核中增加學(xué)生自主創(chuàng)新的考核，允許學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)，哪怕這種觀點(diǎn)沒(méi)有實(shí)際的可行性，目的就是鼓勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新，敢于創(chuàng)新，這樣可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，可以進(jìn)一步完善教師的教學(xué)方法， 更加有利于教學(xué)相長(zhǎng)。

四、網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)

在網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)方面主要是依附于現(xiàn)有的主流網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，比如中國(guó)慕課、雨課堂等。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)視頻錄制并上傳到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，每門課程至少要錄取10分鐘左右的視頻10個(gè)左右。習(xí)題、單元測(cè)試都進(jìn)行電子化建設(shè)并上傳到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。另外教學(xué)所用的PPT以及相關(guān)的參考文獻(xiàn)都可上傳到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

五、結(jié)束語(yǔ)

集成電路后端設(shè)計(jì)方向課程群建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，從實(shí)踐到完善再到實(shí)踐再完善，只有不斷地與企業(yè)接軌、與時(shí)俱進(jìn)，才能更好地培養(yǎng)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生，為他們從事集成電路行業(yè)的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。