集成電路設(shè)計本科專業(yè)建設(shè)探索

李大為 劉聰 陳錕 朱翠濤

[摘 要] 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)是我國為適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求而設(shè)置的新興專業(yè)，由于該專業(yè)與電子信息、自動化等多個專業(yè)之間的交叉性、融合性，目前存在著開設(shè)時間短、經(jīng)驗不足等多種問題，因此，如何有效、合理地建設(shè)該專業(yè)的課程體系是值得重點討論的問題。以中南民族大學(xué)電信學(xué)院學(xué)科現(xiàn)狀為案例，針對學(xué)院民族地區(qū)學(xué)生電路尤其是模擬電路、射頻電路基礎(chǔ)薄弱的特點，科學(xué)分析學(xué)生，結(jié)合產(chǎn)業(yè)職位要求，適當(dāng)選取課程內(nèi)容。遵循學(xué)生學(xué)習(xí)的基本規(guī)律，穿插課程設(shè)計和工業(yè)設(shè)計實例，探討建設(shè)集成電路設(shè)計專業(yè)課程的作用與意義。

[關(guān)鍵詞] 集成電路設(shè)計;交叉;難題;學(xué)科建設(shè)

[基金項目] 2019年度中南民族大學(xué)校級教研項目“新工科背景下復(fù)合教學(xué)模式在集成電路設(shè)計課程中的應(yīng)用”（JYX19080）; 2020年度教育部新工科研究與改革實踐項目“服務(wù)產(chǎn)業(yè)需求的民族院校集成電路專業(yè)建設(shè)探索與實踐”（E-DZYQ20201422）

[作者簡介] 李大為（1989—），男，湖北監(jiān)利人，博士，中南民族大學(xué)電子信息工程學(xué)院講師，主要從事模擬與射頻集成電路設(shè)計研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）31-0084-04? ? [收稿日期] 2021-01-30

一、引言

近年來，集成電路對信息學(xué)科的作用越來越重要，集成電路不僅是電子信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而且作為核心一直推動著信息學(xué)科的進(jìn)步。集成電路的發(fā)展離不開人才，高質(zhì)量的人才是我國集成電路技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。但我國現(xiàn)有集成電路培養(yǎng)方向存在較大差異，同時國內(nèi)各大高校每年培養(yǎng)出來的集成電路設(shè)計專業(yè)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，每年人才缺口高達(dá)10萬人。針對這些問題，相關(guān)高校正大力推動集成電路設(shè)計學(xué)科的建設(shè)，尤其是近期教育部學(xué)位委員會也正式設(shè)置“集成電路科學(xué)與工程”一級學(xué)科?？梢灶A(yù)見，接下來將會迎來集成電路設(shè)計學(xué)科建設(shè)的高峰期。

二、中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀

（一）集成電路設(shè)計學(xué)科的發(fā)展

集成電路（Integrated Circuits，簡稱ICs）在著名的摩爾定律影響下，晶體管數(shù)目平均每2年會增加一倍。正是由于集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，以前“在電路板上搭建元器件”的電子系統(tǒng)構(gòu)成方式，變成了現(xiàn)在的單一芯片。這種技術(shù)的革新，為電路設(shè)計的分工、分級帶來了翻天覆地的變化。

由于歷史的原因，國內(nèi)集成電路設(shè)計學(xué)科存在三個一級學(xué)科，這三個一級學(xué)科分別是微電子、電子科學(xué)與技術(shù)及電子工程專業(yè)。對微電子專業(yè)而言，專業(yè)核心課主要涉及元器件的構(gòu)造與材料，研究方向包括半導(dǎo)體器件、工藝與材料;電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雖然與微電子專業(yè)名字不同，但其核心仍然是材料與器件，電路設(shè)計及電路的應(yīng)用仍然涉及較少;電子工程負(fù)責(zé)搭建整體電子系統(tǒng)，比如電信、自動化、通信等專業(yè)，主要負(fù)責(zé)的是將基本元器件搭建成完整的電子系統(tǒng)，還包括高級電子系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。雖然這三個專業(yè)都學(xué)習(xí)基本的電路課程，但前兩個專業(yè)核心課程偏向了材料，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計學(xué)科更注重電子材料、半導(dǎo)體材料的研究，而事實上，材料與物理、數(shù)學(xué)一樣，只是專業(yè)基礎(chǔ)課，集成電路設(shè)計學(xué)科具體來說是一門包含基本器件、電路設(shè)計、應(yīng)用電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)架構(gòu)等學(xué)科的龐大的學(xué)科體系，課程的設(shè)置應(yīng)能延伸到計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)頂層，而在頂層，一些開源指令集處理器如RISC-V處理器則不需要太多材料知識。

然而一直以來，集成電路設(shè)計專業(yè)只是微電子專業(yè)或者電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)下的“三級學(xué)科”，甚至連“二級學(xué)科”都排不上，“二級學(xué)科”一般為微電子學(xué)與固體電子學(xué)。我國開設(shè)微電子專業(yè)或電子科學(xué)與技術(shù)歷史悠久，可以追溯到20世紀(jì)50年代，相關(guān)教師由物理與電子材料方向教師衍變過來，相關(guān)教師的研究方向也直接導(dǎo)致了微電子專業(yè)在最開始設(shè)立時是為了研究半導(dǎo)體材料，其核心課程為半導(dǎo)體物理、材料和化學(xué)，主要研究的是元器件的材料，雖然可能有一兩門電路設(shè)計的課，但整個電路設(shè)計課程不成體系，更不涉及芯片使用。甚至一些院校沒有相關(guān)電路設(shè)計師資，電路設(shè)計課程由材料方向教師開設(shè)，而電路設(shè)計需要實戰(zhàn)經(jīng)驗與積累，這必然導(dǎo)致一些“水課”;還有一些院校由于招不到相關(guān)師資，電路方向課程完全不開，只上材料的核心課，雖然名字叫法不一，但課程實質(zhì)已與材料和化學(xué)學(xué)院無異。這種分類在10年前集成電路設(shè)計學(xué)科僅僅研究各種元器件的構(gòu)成時是沒有問題的，但在集成電路設(shè)計學(xué)科逐漸演變成整個電子系統(tǒng)學(xué)科的今天，這種分類已經(jīng)不合時宜。

另一個不可忽視的問題是，設(shè)置在微電子專業(yè)或者電子科學(xué)技術(shù)下的集成電路設(shè)計學(xué)科也極大地影響了集成電路行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)如今，各大高校教師唯SCI論文，SCI論文關(guān)系到高校教師職稱的晉升和一系列福利的提升，這雖然提高了教師們的科研積極性，但也使得研究方向過于功利化。具體到集成電路設(shè)計專業(yè)上來說，芯片設(shè)計周期長，經(jīng)費投資巨大，但電子材料與器件方向科研周期短，發(fā)表論文影響因子高。例如，國際上影響最高的集成電路設(shè)計刊物JSSC（Journal of Solid-State Circuits），影響力因子4.X，處于SCI二區(qū)，整個中國大陸極少能有人發(fā)表;而AM（Advanced Materials）這類材料期刊，影響力因子20.X，處于SCI一區(qū)，國內(nèi)每年都有幾百篇。這就導(dǎo)致國內(nèi)的集成電路中材料占統(tǒng)治地位，電路設(shè)計相對弱勢，而事實上我國集成電路材料技術(shù)在國際上處于非常落后的地位，電子材料研究方向與整個產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重脫節(jié)，畢業(yè)生只能臨時學(xué)習(xí)代碼去找一份軟件類型的工作?？梢钥闯觯凹呻娐房茖W(xué)與工程”一級學(xué)科的確立對中國集成電路設(shè)計的發(fā)展是極為重要的，這樣才可以將細(xì)分領(lǐng)域的評價標(biāo)準(zhǔn)獨立出來，擯除“唯論文”的缺陷。而在教育部、工信部最新的文件中，也已經(jīng)要求重新建立新的綜合評價體系，以加快電路設(shè)計人才培養(yǎng)效率[1，2]。