競(jìng)速“芯”賽道：微電子&集成電路

2024年3月，英偉達(dá)的市值已超2萬(wàn)億美元，相當(dāng)于同期的11個(gè)阿里巴巴。市值暴漲的背后，是2023年ChatGPT引爆的大模型熱潮。正如火箭升空需要燃料燃燒推動(dòng)，大模型訓(xùn)練、推理需要的是算力作為支撐。據(jù)稱(chēng)ChatGPT的訓(xùn)練門(mén)檻是1萬(wàn)張英偉達(dá)V100芯片，“大（算）力出奇跡”已成為人們的信仰，以至于一張和撲克牌大小差不多的英偉達(dá)H100顯卡，一度被炒到4萬(wàn)美元以上。

微電子/芯片產(chǎn)業(yè)已被世界公認(rèn)是電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力量。這個(gè)行業(yè)涵蓋了很多的領(lǐng)域，包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、測(cè)試、EDA工具、半導(dǎo)體原材料、半導(dǎo)體設(shè)備等。其中最上游的是芯片設(shè)計(jì)，與其對(duì)應(yīng)性最好的本科專(zhuān)業(yè)，就是本文要介紹的“微電子”（即微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)）、“集成電路”（即集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)）。

/ 微電子科學(xué)與工程 /

微電子科學(xué)與工程是電子學(xué)的一個(gè)分支，通俗點(diǎn)說(shuō)是主要研究在固體（特別是半導(dǎo)體）材料上讓電子設(shè)備更加微小，從而構(gòu)成微小型化電路、電路及系統(tǒng)的方式。1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室肖特萊等人發(fā)明了晶體管，這是微電子技術(shù)發(fā)展中的第一個(gè)里程碑。如今，微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模已成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。超高容量、超小型、超高速、超高頻、超低功耗是信息技術(shù)無(wú)止境的追求目標(biāo)，是微電子技術(shù)迅速發(fā)展的動(dòng)力。

這個(gè)專(zhuān)業(yè)需要研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能，進(jìn)而學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成，因此它是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，涉及電磁學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、固體物理學(xué)、材料科學(xué)、電子線(xiàn)路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試和加工等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求比較高。

以西安電子科技大學(xué)微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)為例，其專(zhuān)業(yè)課程如下。

學(xué)科基礎(chǔ)課：電路分析基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、射頻電路基礎(chǔ)、微機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、固體物理等。

專(zhuān)業(yè)特色課：半導(dǎo)體物理、雙極型器件物理、場(chǎng)效應(yīng)器件物理、化合物半導(dǎo)體器件、模擬集成電路、數(shù)字集成電路、集成電路制造技術(shù)、集成電路可靠性、集成電路測(cè)試技術(shù)、硬件描述語(yǔ)言、集成電路EDA基礎(chǔ)等。

微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的門(mén)檻相對(duì)比較高，此前開(kāi)設(shè)的院校比較少，近些年才逐漸增多。有部分院校從“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的角度考慮，在本科階段只設(shè)置電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，或者按大類(lèi)招生，在大三大四再分流向微電子科學(xué)與工程方向發(fā)展?？忌芍攸c(diǎn)考慮擁有國(guó)家支持建設(shè)（籌備）示范性微電子學(xué)院的院校。如果想在這個(gè)高精尖的行業(yè)里做出一些成果，顯然讀研是更好的選擇，因此建議盡量選擇層次高、保研率高的院校。

畢業(yè)生主要面向各集成電路和電子信息領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)就業(yè)，也可以轉(zhuǎn)向互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域就業(yè)。微電子具有門(mén)檻高和重經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，這也決定了有志于進(jìn)入微電子行業(yè)的學(xué)生要做好深耕的準(zhǔn)備。與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)不同的是，這個(gè)行業(yè)更重視經(jīng)驗(yàn)的積累，因此不用擔(dān)心吃青春飯的問(wèn)題。

實(shí)力特色院校推薦

【南京郵電大學(xué)】集成電路科學(xué)與工程學(xué)院（產(chǎn)教融合學(xué)院）成立于2021年11月18日，起源于1971年的半導(dǎo)體器件專(zhuān)業(yè)，2002年微電子學(xué)本科專(zhuān)業(yè)開(kāi)始招生，2021年獲批國(guó)家首批集成電路科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位點(diǎn)。

【桂林電子科技大學(xué)】微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的前身是微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)（2002年正式招生），是國(guó)內(nèi)高校中率先設(shè)置的本科特色專(zhuān)業(yè)。專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)立足于產(chǎn)學(xué)研融合，以企業(yè)需求為導(dǎo)向，涵蓋半導(dǎo)體器件、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、光電集成設(shè)計(jì)等4個(gè)專(zhuān)業(yè)研究方向。

/ 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) /

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)是一個(gè)比較新的專(zhuān)業(yè)。它是教育部為適應(yīng)信息技術(shù)學(xué)科和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，于2003年新設(shè)立。

和微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)相比，集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，以高層次、應(yīng)用型、復(fù)合型的集成電路及各類(lèi)集成電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)為目標(biāo)，因而學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容更為聚焦于研究新型電子器件及大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、制造，并學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)輔助集成電路分析。

學(xué)生需要熟悉電子線(xiàn)路、計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、通信等相關(guān)電子系統(tǒng)的基本知識(shí)，掌握微電子器件、集成電路及集成系統(tǒng)的基本理論、方法及工具。以西安電子科技大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)為例，其專(zhuān)業(yè)課程如下。

學(xué)科基礎(chǔ)課：電路分析基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、電磁場(chǎng)與電磁波、射頻電路基礎(chǔ)、通信系統(tǒng)原理、數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)組成原理等。

專(zhuān)業(yè)特色課：半導(dǎo)體物理導(dǎo)論、雙極型器件物理、場(chǎng)效應(yīng)器件物理、硬件描述語(yǔ)言、集成電路EDA技術(shù)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、集成電路制造技術(shù)、集成電路測(cè)試技術(shù)、集成電路可靠性、嵌入式系統(tǒng)與SoC設(shè)計(jì)、射頻識(shí)別技術(shù)理論與實(shí)踐、大規(guī)?？删幊唐骷夹g(shù)等。

這個(gè)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用屬性相對(duì)來(lái)說(shuō)更強(qiáng)，因此選校時(shí)應(yīng)特別關(guān)注學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室配置及所在區(qū)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)情況。

畢業(yè)生主要面向各集成電路和電子信息領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)就業(yè)，既可從事集成電路設(shè)計(jì)、制造工作，也可從事電子信息科學(xué)基礎(chǔ)領(lǐng)域或新型交叉學(xué)科的工作。如果想要往芯片設(shè)計(jì)方向走，繼續(xù)深造是更好的選擇。

實(shí)力特色院校推薦

【湖北工業(yè)大學(xué)】擁有科技部/教育部“微電子與集成電路學(xué)科創(chuàng)新引智基地”，建有芯片產(chǎn)業(yè)學(xué)院芯片設(shè)計(jì)與工藝實(shí)驗(yàn)中心。該中心設(shè)集成電路設(shè)計(jì)、微電子工藝、半導(dǎo)體器件測(cè)試等3個(gè)功能區(qū)。學(xué)校在湖北省30多家芯片類(lèi)重點(diǎn)企業(yè)設(shè)立實(shí)習(xí)實(shí)踐基地或校企研發(fā)中心。

【安徽大學(xué)】集成電路學(xué)院獲批建設(shè)安徽省高性能集成電路工程中心，參與了合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心集成電路先進(jìn)材料與技術(shù)產(chǎn)教研融合研究院建設(shè)，目前擁有微電子科學(xué)與工程、集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)、電子封裝技術(shù)等3個(gè)本科專(zhuān)業(yè)。學(xué)院的特色研究方向?yàn)榇鎯?chǔ)芯片和人工智能芯片。

對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，其實(shí)很難分辨這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的差異。事實(shí)上，二者在本科階段的學(xué)習(xí)可以說(shuō)是大同小異的。一定要辨析的話(huà)，這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的差別可以粗略總結(jié)如下：

1.二者是包含與被包含關(guān)系。微電子科學(xué)是在物理學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、集成電路設(shè)計(jì)制造等多學(xué)科和超凈、超純、超精細(xì)加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科。由此可見(jiàn)，微電子包含集成電路。而由于不斷微型化是集成電路的一個(gè)重要特征，集成電路已然是微電子學(xué)科的主要部分。

2.部分院校的微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)更偏向于基礎(chǔ)研究，強(qiáng)調(diào)的是“厚基礎(chǔ)，寬口徑”；相對(duì)來(lái)說(shuō)，集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)更強(qiáng)調(diào)工程實(shí)訓(xùn)，更聚焦于集成電路開(kāi)發(fā)、集成電路設(shè)計(jì)、電子系統(tǒng)集成等方向。

選報(bào)建議

在本科階段與其糾結(jié)選這兩個(gè)中的哪個(gè)一個(gè)，不如把更多精力放在對(duì)開(kāi)設(shè)這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)校的實(shí)力考察上。一是要關(guān)注學(xué)校的學(xué)科實(shí)力，二是要了解學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件及學(xué)校與工業(yè)界的合作。

在已經(jīng)明確想要進(jìn)入集成電路/芯片行業(yè)，選報(bào)這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)中的哪個(gè)都合適。此外，對(duì)這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，畢業(yè)后繼續(xù)深造都是更好的選擇，讀研時(shí)的專(zhuān)業(yè)細(xì)分方向會(huì)有比較明顯的區(qū)分。因此在同等情況下，想清楚自己想要進(jìn)入集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)、設(shè)備、材料等）中的哪個(gè)環(huán)節(jié)很重要。

本科階段選報(bào)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)或偏向半導(dǎo)體的應(yīng)用物理學(xué)來(lái)夯實(shí)基礎(chǔ)，這同樣是不錯(cuò)的選擇。

小眾，卻是芯片行業(yè)的不可或缺

——電子封裝技術(shù)專(zhuān)業(yè)

在集成電路的生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試都非常重要。這其中，集成電路的封裝測(cè)試是現(xiàn)代高密度、高功率、小體積、高頻率電子產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)制造的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如東莞市人民政府在2021年印發(fā)的《東莞市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃建設(shè)實(shí)施方案》中，就提到了“建設(shè)國(guó)內(nèi)富有競(jìng)爭(zhēng)力的集成電路產(chǎn)業(yè)基地。突出以應(yīng)用為牽引，提升集成電路封裝測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)大灣區(qū)的支撐能力”。

為滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)的蓬勃需求，目前各高校的電子封裝技術(shù)專(zhuān)業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向集成電路IC和微電子封裝技術(shù)，以集成電路和微系統(tǒng)行業(yè)需求為背景，以高端電子產(chǎn)品制造為對(duì)象，系統(tǒng)開(kāi)展先進(jìn)電子產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)、互連技術(shù)、封裝材料、可靠性和裝備關(guān)鍵zjtzXo1nEIFsI5mCY0QNjA==技術(shù)的研究，幫助學(xué)生掌握電子器件的設(shè)計(jì)與制造、微細(xì)加工技術(shù)、電子封裝與組裝技術(shù)、電子封裝材料、電子封裝測(cè)試的基本理論和基本技能，具備封裝工藝和封裝材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)以及封裝質(zhì)量控制的基本能力。

電子封裝技術(shù)專(zhuān)業(yè)是電子、電磁、機(jī)械、傳熱等多學(xué)科的交叉，重點(diǎn)學(xué)習(xí)集成電路和微系統(tǒng)封裝中的機(jī)、電、熱、磁設(shè)計(jì)，封裝材料與工藝，封裝測(cè)試裝備等方面的知識(shí)。主干課程（以西安電子科技大學(xué)電子封裝技術(shù)專(zhuān)業(yè)為例）如下：

電子封裝工程學(xué)科導(dǎo)論、電子封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子封裝材料與工藝、電子封裝熱設(shè)計(jì)、微機(jī)電系統(tǒng)封裝技術(shù)、微電子技術(shù)概論、半導(dǎo)體器件物理與工藝、集成電路制造原理與工藝、電磁場(chǎng)與電磁波、射頻電路基礎(chǔ)、電磁兼容設(shè)計(jì)與信號(hào)完整性、電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制原理、機(jī)械原理、電子封裝裝備機(jī)械設(shè)計(jì)、流體力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、電子封裝力學(xué)、電子材料與器件原理、電子設(shè)備可靠性等。

就業(yè)去向 畢業(yè)生可在集成電路封裝測(cè)試、高端電子制造、微系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中從事相關(guān)工作，也可以在通信、計(jì)算機(jī)、航空航天、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等領(lǐng)域的企事業(yè)單位從事微電子和傳感器設(shè)計(jì)、制造、工藝、測(cè)試、研發(fā)、管理和經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售等工作。