袁 軍 王 振

(重慶郵電大學(xué) 重慶 400065）

《中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書（2019-2020年版）》統(tǒng)計分析，到2020年前后，我國集成電路產(chǎn)業(yè)人才需求規(guī)模約為72萬人，截至2017年底，我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有人才存量為40萬人左右，人才缺口達(dá)32萬人，年均人才需求為10萬人左右，而我國每年高校集成電路專業(yè)領(lǐng)域畢業(yè)生中僅有不足3萬人進(jìn)入本行業(yè)就業(yè)。解決我國集成電路人才資源供需問題的同時，也要注重高端人才隊伍建設(shè)，在保“量”的同時，朝提“質(zhì)”的方向轉(zhuǎn)變，對此，高校集成電路專業(yè)碩士研究生教育將會成為重點。

集成電路工程領(lǐng)域是國務(wù)院學(xué)位委員會批準(zhǔn)的招收全日制專業(yè)學(xué)位碩士研究生的學(xué)科領(lǐng)域，培養(yǎng)集成電路設(shè)計與應(yīng)用、半導(dǎo)體器件與工藝、半導(dǎo)體制造、測試與封裝等方面的高級工程技術(shù)人才，能夠掌握解決集成電路工程問題的先進(jìn)技術(shù)方法和現(xiàn)代技術(shù)手段，具有從事科學(xué)研究工作及獨立從事專門技術(shù)工作的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)，能勝任研究機構(gòu)、高等院校和產(chǎn)業(yè)部門有關(guān)方面的教學(xué)、研究、工程開發(fā)及管理工作。本專業(yè)具有較強的工程技術(shù)特色，工程實踐經(jīng)驗?zāi)壳笆潜緦I(yè)碩士研究生培養(yǎng)的短板，因此，需要以專業(yè)實踐為導(dǎo)向，重視實踐和應(yīng)用，必須對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行改革，以提高理論與實踐的結(jié)合性[1]。案例教學(xué)以解決現(xiàn)實問題為目的，其本質(zhì)是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為案例教學(xué)對深化教學(xué)方式改革有重要作用。案例教學(xué)將理論知識與現(xiàn)實問題相結(jié)合，多層次、多角度對現(xiàn)實案例進(jìn)行剖析，可加深學(xué)生對問題的理解，啟發(fā)研究生的創(chuàng)新意識和思維[2]。因此，針對集成電路工程專業(yè)開展案例教學(xué)，是學(xué)生接觸集成電路專業(yè)工程問題，分析工程實踐問題，解決工程實踐問題能力培養(yǎng)的有效途徑，可提升集成電路工程專業(yè)碩士研究生培養(yǎng)質(zhì)量，為中國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支撐。

一、教學(xué)案例建設(shè)思想

集成電路工程教學(xué)案例，結(jié)合集成工程實踐項目，可幫助集成電路工程專業(yè)碩士研究生理解工程項目實施流程和技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生針對具體研究目標(biāo)和需要解決的問題，分析問題并尋找解決方案。因此，在構(gòu)建集成電路工程教學(xué)案例時需要把握以下幾個核心要素：

（一）理論知識與實踐融合

扎實的理論基礎(chǔ)是工程實踐的前提，無論是數(shù)字集成電路還是模擬集成電路，亦或是混合信號集成電路中的大量經(jīng)典電路、電路分析方法和電路設(shè)計思路，必須通過工程實踐項目才能發(fā)揮真正功用。通過集成電路設(shè)計教學(xué)案例，建立起理論知識向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的橋梁，可幫助學(xué)生理解理論知識點轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)的過程，從而實現(xiàn)理論知識與實踐融合。因此，建設(shè)教學(xué)案例時，需要兼顧理論知識的講解及其工程應(yīng)用實踐的呈現(xiàn)。

（二）提升集成電路工程專業(yè)研究生發(fā)現(xiàn)、分析和解決集成電路設(shè)計問題的能力

發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，是研究生培養(yǎng)中的重要能力，是科研必備素質(zhì)。針對實際工程問題，案例中給出工程問題背景，就具體問題給出解決問題的思考過程，結(jié)合理論分析探討解決方案，確定可行的解決方案；借助集成電路設(shè)計工具，通過仿真、實驗結(jié)果等手段驗證解決方案；最終，根據(jù)問題的解決方案、實施路線和實驗結(jié)構(gòu)，確定最終方案。通過案例的講解，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)真實環(huán)境需要解決的問題，并用集成電路設(shè)計領(lǐng)域解決問題的思路思考解決問題的辦法，結(jié)合可行的手段和工具給出解決方案，使集成電路設(shè)計類研究生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力得以提升。

（三）熟練專業(yè)工具使用，合理設(shè)計實驗路線

集成電路設(shè)計本身是一個門檻較高的行業(yè)，從完成設(shè)計相關(guān)課程的理論學(xué)習(xí)到有能力解決集成電路設(shè)計類課題，需要多環(huán)節(jié)的重復(fù)訓(xùn)練。集成電路工程教學(xué)案例，需覆蓋廣泛應(yīng)用場景，包含材料的選取、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，經(jīng)典電路設(shè)計、大規(guī)模集成電路設(shè)計、系統(tǒng)級建模、應(yīng)用層面系統(tǒng)級綜合建模等，需要不同系統(tǒng)建模工具、EDA工具、編程語言等，案例建設(shè)中需要使研究生快速理解集成電路設(shè)計各環(huán)節(jié)中的工作內(nèi)容，盡快熟練各種EDA工具使用，能投入集成電路設(shè)計工具項目研究。

二、教學(xué)案例知識結(jié)構(gòu)選擇

集成電路工程是一項復(fù)雜的工作，需要多學(xué)科交叉融合，而集成電路工程專業(yè)碩士培養(yǎng)學(xué)生在材料、器件、工藝、集成電路設(shè)計、封裝與測試等多方面的研發(fā)能力。因此，集成電路工程教學(xué)案例需要覆蓋多個課程知識，如圖1所示，案例庫建設(shè)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)覆蓋三個方面的知識和技術(shù)應(yīng)用。

圖1 lC設(shè)計案例庫建設(shè)知識結(jié)構(gòu)

數(shù)字集成電路設(shè)計方面，從基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)入手，融入最新數(shù)字集成電路設(shè)計方法和自動化，借助HDL完成系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)設(shè)計、實現(xiàn)半定制或全制定的數(shù)字集成電路設(shè)計流程。

模擬集成電路設(shè)計方面，需要有扎實的材料和器件工藝知識，進(jìn)而為模擬集成電路設(shè)計提供基礎(chǔ)，便于較為深入地理解模擬集成電路設(shè)計中器件對電路功能的影響，優(yōu)化電路參數(shù)設(shè)計和電路結(jié)構(gòu)選擇。因此，需要建立模擬器件的物理特性分析相關(guān)教案，詳解晶體管性能特性，然后分析經(jīng)典模擬電路，從電路結(jié)構(gòu)的選取、參數(shù)設(shè)定到特性仿真的案例內(nèi)容建設(shè)，形成整體模擬電路設(shè)計流程。模擬集成電路設(shè)計的進(jìn)階設(shè)計是模數(shù)混合集成電路設(shè)計，混合信號集成電路設(shè)計教案集合數(shù)字電路和模擬電路基礎(chǔ)，在同一芯片中既有數(shù)字電路也有模擬模塊的存在。采用集成混合信號集成電路設(shè)計環(huán)境，打造典型的混合信號電路實現(xiàn)案例，全方面展示混合信號集成電路設(shè)計研究過程。

綜合應(yīng)用方面，集成電路工程需要有較強的應(yīng)用背景，建立系統(tǒng)的概念，系統(tǒng)中的集成電路都不是單獨工作的，也不會只有數(shù)字部分或模擬部分，應(yīng)包含各種信號處理、各種技術(shù)運用的綜合體。集成電路綜合應(yīng)用案例的建設(shè)，能更真實地反應(yīng)集成電路在真實的工程項目中的位置、方法和面臨的問題等因素，從而指導(dǎo)集成電路工程專業(yè)領(lǐng)域研究生對集成電路的研究。

三、教學(xué)案例編制

教學(xué)案例編寫包含兩大部分：案例正文和教學(xué)案例使用說明。為清晰、有效的給學(xué)生展示基于研究目標(biāo)或工程問題進(jìn)行的問題分析和解決過程，以問題為目標(biāo)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計中，關(guān)于案例內(nèi)容有幾個部分必須重點說明：

案例背景介紹。講述案例的由來背景，設(shè)計應(yīng)用或研究范圍，重點是闡述當(dāng)前的研究和工程問題的痛點，從而引出案例設(shè)計目標(biāo)。

案例解決的問題或設(shè)計目標(biāo)。從技術(shù)研究角度分析需要設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合問題應(yīng)用背景中的理論知識，多維度比較現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，說明當(dāng)前研究的可能性，從而闡述目標(biāo)設(shè)定的合理性。

解決方案。針對問題和設(shè)計目標(biāo)，構(gòu)建解決問題的邏輯導(dǎo)圖，重點描述研究過程中各種問題的思考過程，給學(xué)生展示出思考問題對策時的邏輯過程，如何構(gòu)建有效的研究路線、實驗方案等。

結(jié)果。針對設(shè)計目標(biāo)，分析結(jié)果達(dá)成情況，借用參數(shù)描述分析各種指標(biāo)的達(dá)標(biāo)情況，從而分析和思考最終的優(yōu)缺點，有可能的優(yōu)化手段。

除教學(xué)案例本身內(nèi)容，還應(yīng)給出案例的使用說明和建議，為教師提供指導(dǎo)性參考。重點包括教學(xué)案例的目的與用途、培養(yǎng)專業(yè)能力闡述、教學(xué)內(nèi)容、啟發(fā)思考題和建議課堂計劃等。

四、結(jié)束語

本項目聚焦于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中電路設(shè)計環(huán)節(jié)相關(guān)的教學(xué)案例建設(shè)。從類別上講，既包含數(shù)字集成電路，也包含模擬集成電路，還包含混合信號集成電路，達(dá)到滿足各種應(yīng)用環(huán)境中對集成電路設(shè)計要求全覆蓋的案例打造。探討在案例庫建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)覆蓋集成電路工程專業(yè)設(shè)計知識點，同時案例內(nèi)容編寫中始終把學(xué)生能力培養(yǎng)放在首位，圍繞學(xué)生分析問題和解決問題的能力培養(yǎng)組織案例的選取、編寫和講述。