北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發(fā)展有限公司 韓 霞

集成電路設(shè)計(jì)大賽推進(jìn)版圖設(shè)計(jì)課程改革

北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發(fā)展有限公司 韓 霞

集成電路版圖設(shè)計(jì)是銜接集成電路設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與職業(yè)能力培養(yǎng)中起到重要作用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”為集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)課程的改革提供了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。本文結(jié)合參加的幾屆“大賽”，及時(shí)調(diào)整集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步完善實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。

集成電路設(shè)計(jì)大賽；版圖設(shè)計(jì)；改革

0 引言

2014年6月，國務(wù)院公布《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，提出到2015年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入超過3500億元的目標(biāo)，到2030年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平。《綱要》指出為了達(dá)成上述目標(biāo)，需要加大人才培養(yǎng)力度。建立健全集成電路人才培養(yǎng)體系，支持微電子學(xué)科發(fā)展，采取多種形式大力培養(yǎng)培訓(xùn)集成電路領(lǐng)域高層次、急需緊缺和骨干專業(yè)技術(shù)人才[1]。作為“國家集成電路人才培養(yǎng)基地”，北京工業(yè)大學(xué)更是肩負(fù)著為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀的集成電路設(shè)計(jì)人才的歷史重任。為貫徹國務(wù)院文件精神，保證我國集成電路行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，我校積極探索改革教育教學(xué)方式。特別是近幾年通過指導(dǎo)學(xué)生參加“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到集成電路版圖設(shè)計(jì)課程改革的必要性。

由北京市教委，北京電子學(xué)會(huì)主辦的“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”是針對(duì)國內(nèi)微電子及相關(guān)專業(yè)在校生的一次專業(yè)實(shí)踐性賽事，迄今已經(jīng)舉辦4屆，累計(jì)吸引了超過500個(gè)團(tuán)隊(duì)，約3千人次電子專業(yè)大學(xué)生參加，參加學(xué)校超過50所，取得了巨大的社會(huì)反響，成為國內(nèi)各高校微電子專業(yè)綜合實(shí)力展示的年度盛會(huì)[2]。國內(nèi)最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司為賽事提供全流程的EDA設(shè)計(jì)工具。國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)華潤上華科技有限公司將為獲獎(jiǎng)的參賽隊(duì)伍提供參賽作品流片機(jī)會(huì)?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”已經(jīng)成為國內(nèi)集成電路企業(yè)開展教育合作，發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀人才和展示企業(yè)成果的平臺(tái)。同時(shí)，“大賽”也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)[3]?，F(xiàn)結(jié)合參加4屆“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”談一談我校集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)的改革。

1 基于Aether工具，構(gòu)建集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

集成電路設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)離不開實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。建立集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要是選擇合適的EDA工具，為學(xué)生提供一個(gè)良好的軟硬件環(huán)境。目前集成電路設(shè)計(jì)的EDA工具很多，其中Synopsys、Cadence和Mentor等公司的產(chǎn)品占據(jù)了EDA工具市場(chǎng)90%以上的份額[4]，但是這些EDA工具售價(jià)相當(dāng)昂貴，大部分高校無力支付每年高額的Licence費(fèi)用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”由國內(nèi)最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司提供全流程的EDA設(shè)計(jì)工具。為了讓我校的學(xué)生盡快熟悉并掌握大賽所用EDA設(shè)計(jì)工具，調(diào)動(dòng)更多的學(xué)生參加“大賽”，我校與華大九天軟件有限公司共同創(chuàng)建了北京華大VLSI EDA實(shí)驗(yàn)室，配備了華大九天EDA系統(tǒng)，并及時(shí)調(diào)整版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建了基于Aether工具的版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)不僅為本科生教學(xué)服務(wù)，同時(shí)也面對(duì)本專業(yè)學(xué)習(xí)全天開放，學(xué)生可以借助平臺(tái)，利用課余時(shí)間提高集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。此外，該平臺(tái)也為學(xué)生參加并完成集成電路設(shè)計(jì)大賽的任務(wù)提供了保障。

北京華大九天軟件有限公司自主研發(fā)的Aether是一個(gè)完整的數(shù)模混合信號(hào)IC設(shè)計(jì)平臺(tái)，包含設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫管理 (Design Manager)、工藝管理 (Technology Manager)、原理圖編輯器 (Schematic Editor)、混合信號(hào)設(shè)計(jì)仿真環(huán)境 (MDE)、版圖編輯器 (Layout Editor)、原理圖驅(qū)動(dòng)版圖 (SDL) 和混合信號(hào)布線器 (MSR)等模塊；無縫集成了華大九天SPICE仿真工具ALPS-AS、數(shù)?；旌闲盘?hào)仿真工具ALPS-MS，混合信號(hào)波形查看工具iWave，物理驗(yàn)證工具Argus和寄生參數(shù)提取工具RCExplorer，同時(shí)可以集成其它主流的第三方工具，使整個(gè)設(shè)計(jì)流程更加平滑、高效[5]。

2 優(yōu)化課程內(nèi)容，突出課程特點(diǎn)

集成電路版圖設(shè)計(jì)是銜接集成電路設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與職業(yè)能力培養(yǎng)中起到重要作用。通過版圖設(shè)計(jì)，可以將立體的電路轉(zhuǎn)化為二維的平面圖形，在通過工藝加工轉(zhuǎn)化為基于半導(dǎo)體硅材料的立體結(jié)構(gòu)[6]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)研究近些年電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生從業(yè)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，由于與本科生相比研究生具有更多的電路知識(shí)儲(chǔ)備，因此，在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，各大型企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)更傾向招聘研究生及以上學(xué)歷的高水平人才。而在以集成電路版圖為代表包括集成電路測(cè)試以及工藝等與集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的領(lǐng)域，相對(duì)而言對(duì)電路設(shè)計(jì)知識(shí)的要求不高，因而這些崗位對(duì)本科生而言更具競爭力。從這個(gè)角度而言，集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程對(duì)本科生將來就業(yè)或進(jìn)一步深造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

鑒于集成電路版圖設(shè)計(jì)課程在微電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)過程中的重要作用，結(jié)合分析參加的幾屆“大賽”中學(xué)生存在的問題與不足，我校及時(shí)調(diào)整集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容。目前，在集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)過程中，通過講解版圖設(shè)計(jì)流程及方法，帶領(lǐng)學(xué)生完成一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的全定制反相器的設(shè)計(jì)。學(xué)生在這個(gè)過程中不僅學(xué)習(xí)了集成電路設(shè)計(jì)流程，而且熟悉并掌握Aether工具的使用，并進(jìn)一步理解集成電路版圖設(shè)計(jì)過程中各層掩膜版的作用及繪制步驟，如N阱掩膜版、有源區(qū)掩膜版、硅柵掩膜版、MOS管源區(qū)掩膜版、MOS管漏區(qū)掩膜版、接觸孔掩膜版、金屬1層掩膜版、過孔掩膜版、金屬2層掩膜版。完成反相器版圖的繪制后，要求學(xué)生完成該版圖的DRC及LVS驗(yàn)證。通過反相器的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠獨(dú)立完成一些基本數(shù)字單元的版圖設(shè)計(jì)，并通過調(diào)用這些基本單元完成D觸發(fā)器或3-8譯碼器等單元電路的版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。在這個(gè)過程中，學(xué)生又進(jìn)一步掌握了層次化電路的設(shè)計(jì)方法。此外，集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中還安排了模擬電路版圖的設(shè)計(jì)內(nèi)容，不僅要求學(xué)生掌握多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋電感等常用無源器件版圖設(shè)計(jì)方法，還要求學(xué)生完成一款簡單運(yùn)算放大器的版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。

通過集成電路版圖設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了Aether工具的使用，并且掌握了集成電路版圖設(shè)計(jì)的基本方法，同時(shí)也為學(xué)生參加集成電路設(shè)計(jì)大賽創(chuàng)造了條件，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生參加集成電路設(shè)計(jì)大賽的熱情和將來從事版圖設(shè)計(jì)相關(guān)行業(yè)工作的信心。

3 結(jié)束語

集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程在培養(yǎng)應(yīng)用型集成電路人才的過程中起著至關(guān)重要的作用?！按髮W(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”為集成電路版圖設(shè)計(jì)相關(guān)課程的改革提供了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。通過總結(jié)參加4屆“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，我校及時(shí)調(diào)整集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步完成實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)搭建，更好的與集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求相結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

[1]國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要．中央政府門戶網(wǎng)站．http://www．gov．cn/xinwen/2014-06/24/content_2707360．htm．

[2]大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽．http://www．nuicdc．com/ index．php?m=content&c=index&a=show&catid=9&id=3．

[3]胡小玲,袁穎,劉榿．結(jié)合集成電路設(shè)計(jì)大賽談創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]．電子世界,2012, 1:163–164．

[4]施敏,徐晨．基于九天EDA系統(tǒng)的集成電路版圖設(shè)計(jì)[J]．南通工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,3(4):101–103．

[5]北京華大九天軟件有限公司．設(shè)計(jì)平臺(tái)Aether．http://www．empyrean．com．cn/index．php?m=content&c= index&a=show&catid=125&id=50．

[6] 陸學(xué)斌．集成電路版圖設(shè)計(jì)[M]．北京:北京大學(xué)出版社,2012．

胡小玲（1971-），女，陜西人，碩士研究生，講師，研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。