李大為 劉聰 陳錕 朱翠濤

[摘 要] 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)是我國(guó)為適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求而設(shè)置的新興專(zhuān)業(yè)，由于該專(zhuān)業(yè)與電子信息、自動(dòng)化等多個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的交叉性、融合性，目前存在著開(kāi)設(shè)時(shí)間短、經(jīng)驗(yàn)不足等多種問(wèn)題，因此，如何有效、合理地建設(shè)該專(zhuān)業(yè)的課程體系是值得重點(diǎn)討論的問(wèn)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(duì)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(diǎn)，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(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例，探討建設(shè)集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程的作用與意義。

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

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

[作者簡(jiǎn)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(jì)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）31-0084-04? ? [收稿日期] 2021-01-30

一、引言

近年來(lái)，集成電路對(duì)信息學(xué)科的作用越來(lái)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(dòng)著信息學(xué)科的進(jìn)步。集成電路的發(fā)展離不開(kāi)人才，高質(zhì)量的人才是我國(guó)集成電路技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。但我國(guó)現(xiàn)有集成電路培養(yǎng)方向存在較大差異，同時(shí)國(guó)內(nèi)各大高校每年培養(yǎng)出來(lái)的集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，每年人才缺口高達(dá)10萬(wàn)人。針對(duì)這些問(wèn)題，相關(guān)高校正大力推動(dòng)集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科的建設(shè)，尤其是近期教育部學(xué)位委員會(huì)也正式設(shè)置“集成電路科學(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科?？梢灶A(yù)見(jiàn)，接下來(lái)將會(huì)迎來(lái)集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科建設(shè)的高峰期。

二、中國(guó)集成電路發(fā)展現(xiàn)狀

（一）集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科的發(fā)展

集成電路（Integrated Circuits，簡(jiǎn)稱(chēng)ICs）在著名的摩爾定律影響下，晶體管數(shù)目平均每2年會(huì)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(jì)的分工、分級(jí)帶來(lái)了翻天覆地的變化。

由于歷史的原因，國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科存在三個(gè)一級(jí)學(xué)科，這三個(gè)一級(jí)學(xué)科分別是微電子、電子科學(xué)與技術(shù)及電子工程專(zhuān)業(yè)。對(duì)微電子專(zhuān)業(yè)而言，專(zhuān)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(zhuān)業(yè)雖然與微電子專(zhuān)業(yè)名字不同，但其核心仍然是材料與器件，電路設(shè)計(jì)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(dòng)化、通信等專(zhuān)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(jí)電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。雖然這三個(gè)專(zhuān)業(yè)都學(xué)習(xí)基本的電路課程，但前兩個(gè)專(zhuān)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(jì)學(xué)科更注重電子材料、半導(dǎo)體材料的研究，而事實(shí)上，材料與物理、數(shù)學(xué)一樣，只是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科具體來(lái)說(shuō)是一門(mén)包含基本器件、電路設(shè)計(jì)、應(yīng)用電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)頂層，而在頂層，一些開(kāi)源指令集處理器如RISC-V處理器則不需要太多材料知識(shí)。

然而一直以來(lái)，集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)只是微電子專(zhuān)業(yè)或者電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)下的“三級(jí)學(xué)科”，甚至連“二級(jí)學(xué)科”都排不上，“二級(jí)學(xué)科”一般為微電子學(xué)與固體電子學(xué)。我國(guó)開(kāi)設(shè)微電子專(zhuān)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(guò)來(lái)，相關(guān)教師的研究方向也直接導(dǎo)致了微電子專(zhuān)業(yè)在最開(kāi)始設(shè)立時(shí)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(mén)電路設(shè)計(jì)的課，但整個(gè)電路設(shè)計(jì)課程不成體系，更不涉及芯片使用。甚至一些院校沒(méi)有相關(guān)電路設(shè)計(jì)師資，電路設(shè)計(jì)課程由材料方向教師開(kāi)設(shè)，而電路設(shè)計(jì)需要實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)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(kāi)，只上材料的核心課，雖然名字叫法不一，但課程實(shí)質(zhì)已與材料和化學(xué)學(xué)院無(wú)異。這種分類(lèi)在10年前集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科僅僅研究各種元器件的構(gòu)成時(shí)是沒(méi)有問(wèn)題的，但在集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科逐漸演變成整個(gè)電子系統(tǒng)學(xué)科的今天，這種分類(lèi)已經(jīng)不合時(shí)宜。

另一個(gè)不可忽視的問(wèn)題是，設(shè)置在微電子專(zhuān)業(yè)或者電子科學(xué)技術(shù)下的集成電路設(shè)計(jì)學(xué)科也極大地影響了集成電路行業(yè)的發(fā)展。現(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(chēng)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(guò)于功利化。具體到集成電路設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)上來(lái)說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，經(jīng)費(fèi)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(guó)際上影響最高的集成電路設(shè)計(jì)刊物JSSC（Journal of Solid-State Circuits），影響力因子4.X，處于SCI二區(qū)，整個(gè)中國(guó)大陸極少能有人發(fā)表;而AM（Advanced Materials）這類(lèi)材料期刊，影響力因子20.X，處于SCI一區(qū)，國(guó)內(nèi)每年都有幾百篇。這就導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的集成電路中材料占統(tǒng)治地位，電路設(shè)計(jì)相對(duì)弱勢(shì)，而事實(shí)上我國(guó)集成電路材料技術(shù)在國(guó)際上處于非常落后的地位，電子材料研究方向與整個(gè)產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重脫節(jié)，畢業(yè)生只能臨時(shí)學(xué)習(xí)代碼去找一份軟件類(lèi)型的工作?？梢钥闯觯凹呻娐房茖W(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科的確立對(duì)中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展是極為重要的，這樣才可以將細(xì)分領(lǐng)域的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立出來(lái)，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(píng)價(jià)體系，以加快電路設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)效率[1，2]。