集成电路设计基本流程(精选5篇)

集成电路设计从实现方法上可以分为三种:全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计,特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向,目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。

在集成电路版图设计的教学中,采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优,已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能,并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。

九天EDA软件系统包括设计管理器,原理图编辑器,版图编辑工具,版图验证工具,层次版图设计规则检查工具,寄生参数提取工具,信号完整性分析工具等几个主要模块,实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。

二、集成电路版图设计的教学目标

根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点,在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。

集成电路版图设计的教学目标是:

第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置,能识别基本单元的版图,根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改,利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能,能够根据版图提取单元电路的原理图。

第二,能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持,要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证,利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。

第三,能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能,这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段,版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化,并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。

第四,了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图,需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持,这些基本单元可以是不同类型的各种门电路,也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路,因此,理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。

三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍

下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。

1.内容和要求

根据CMOS反相器的原理图和剖面图,初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。

2.设计步骤

根据CMOS反相器的原理图和剖面图,在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端,进入pdt文件夹,键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件,确定不同层次颜色的对应,熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性,并作必要的修改,然后按照原理图上的连接关系作相应的连线,最后检查修改整个版图。

3.版图验证

打开终端,进入zse文件夹,键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器,正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件,阅读和理解其基本语句的含义,对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端,进入pdt文件夹,键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器,调出CMOS反相器的版图,在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改,利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错,贝懦要调用LDX工具,对版图上的错误进行修改。

4.设计提示

要很好的理解版图设计的过程和意义,应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触,版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的,在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多,金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作,这样可以大大缩小工作量,且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小,一般在版图设计上,P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配,不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离,层次本身的宽度的大小要适当,以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中,要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构,画出相应的电路原理图,进行ERC检查,然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后,对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注,然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证,利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查,修改其中的错误并优化版图,最后全部通过检查,设计完成。

五、结束语

集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识,提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力,为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此,在今后的教学改革工作中,除了要继续提高教师的理论教学水平外,还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节,努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起,培养学生的实际设计能力,开阔学生的视野,在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。

参考文献:

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[2]段智勇,弓巧侠,罗荣辉,等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,(5):25-26.

[3]唐俊龙,唐立军,文勇军,等.完善集成电路设计应用型人才培养实践教学的探讨J].中国电力教育,2011,(34):35-36.

[4]肖功利,杨宏艳.微电子学专业丨C设计人才培养主干课程设置[J].桂林电子科技大学学报,2009,(4):338-340.

[5]窦建华,毛剑波,易茂祥九天”EDA软件在"中国芯片工程〃中的作用[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2008,(6):154-156.

[6]易茂祥,毛剑波,杨明武,等.基于华大EDA软件的实验教学研究[J].实验科学与技术,2006,(5):71-73.

【关键词】

集成电路;设计平台;实验教学;科研

1建设方案与建设过程

2教学与科研应用

2.1教学应用完成了实验方案内容建设,构建形成了一套覆盖集成电路设计全流程的实验方案,并兼顾半导体器件、集成电路测试;设计的系列实验应用于新开设的“集成电路设计实验”课程中,以丰富和扩展该门课程的实验内容,提高学生的学习积极性。该课程每周4学时,已经完成2013、2014两个学年的实验教学工作。具体的实验内容包括反相器实验(电路原理图输入、电路仿真、版图设计、版图设计规则检查及一致性检查、后仿真)、一位全加器系列试验、基本模拟电路单元设计实验、综合定制设计实验、硬件描述语言设计与验证实验(选做)、自动综合与布局布线设计实验(选做)。构建的软硬件平台,除用于集成电路设计实验课之外,亦用于电子系“半导体器件物理”“半导体工艺原理”等多门课程的实验环节,以及本科生毕业设计中。与现有的本科生各类创新活动相结合,为该类活动的人员选拔与培养、培训起到了一定的辅助作用。

【参考文献】

[1]国务院.国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知[EB/OL].2006-6.

[2]叶红.美国高校电子工程类专业本科培养方案浅析[J].高等理科教育,2007(6):64-67.

[3]于歆杰,王树民,陆文娟.麻省理工学院教育教学考察报告(二)—培养方案与课程设置篇[J].电气电子教学学报.2004(5):1-5.

[4]Bulletinforundergraduateeducation[EB/OL].

[5]罗胜钦,王遵彤,万国春,等.电子科学与技术专业培养方案初探[J].电气电子教学学报.2009(31):89-91.

[6]张立军,羊箭锋,孙燃.CMOS集成电路设计教学及实验改革[J].电气电子教学学报.2012,34(1):105-107.

【关键词】集成电路设计工业化教学模式研究与实践

一、集成电路设计业背景

集成电路(IntegratedCircuit,IC)是指将很多微电子器件电路集成在芯片上的一种高级微电子器件。通常使用硅为基础材料,在上面通过扩散或渗透技术形成N型半导体和P型半导体及PN结。20世纪中期,半导体设备可实现真空管功能的实验发现,以及半导体制造技术的进步,使得集成电路成为可能。第一个集成电路雏形是由杰克基尔比于1958年完成的。仅仅在其开发后半个世纪,集成电路变得无处不在,电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。

二、Linux/Unix背景

UNIX操作系统(UNIX)是美国AT&T公司1971年在PDP-11上开发的操作系统,具有多用户、多任务的特点,支持多种处理器架构。Linux操作系统(Linux),是一系列类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。

工业Linux/Unix课程则主要针对集成电路设计工业界的需求,对未来的集成电路工程师进行必要的职业技能培训,使其能在进入工业界后迅速地熟悉相应的开发平台并在该平台上发挥其集成电路设计专业的知识与技能。该课程有着以下特点:

(一)针对性强。本课程的教学目标非常明确:使得学生们通过该课程的学习能够掌握工业生产流程中最有可能遇到的部分知识与技能,拥有很强的针对性。

(二)注重培养实际操作能力。本课程的目标是培养可进行实际生产开发的集成电路设计工程师,满足工业界的需求,而不是为研究院所提供科研人才,实际的操作能力是本课程的重点所在。

三、工业化教学模式

为满足该课程的教学目标,建议对工业化产业化的教学模式在该课程教学中实施2.以下几个方面的措施:

(三)产品代替实验。在实验课中,以逐步完成一个实际产品为最终目标,有机结合不同单元的教学内容。抛弃了以往的给出实验内容列表,学生们按部就班走流程的实验模式。实验课没有硬性要求,但最终需要提交完整的产品作为实验成果。同时,在实验课最后会提出若干思考问题,鼓励创新,引导学生完成额外的功能以完善自己的产品。如前面所述的makefile实验中,鼓励学生改进优化原有示例,不同的学生就会提出不同的解决方案,改良的方式各有侧重,有的倾向与代码的简洁性,有的倾向于功能的完整性,有的则倾向于用户体验的舒适性。这样不但锻炼了学生的自学能力,同时还培养了其跳出书本、主动思考的创新精神。

(四)工程代替考试。课程终期设置从实际工业环境中抽象出来的实际工程来作为对学生水平的考核。给予学生的课程设计指导文档相当于工业界的客户需求文档。学生需要灵活应用课程中学到的内容、模仿实验课中使用的流程进行自主开发,完成能够满足需求书上描述功能的产品,提交包括最终产品、源代码、用户手册、设计手册、测试计划书以及工程开发进度记录等一系列成果。并在最后课上通过产品展示的方式向全班同学“推销”其产品,而其他同学则通过客户角度给予该产品评价。通过前期的产品测试、撰写用户手册、设计推销手段等流程给予成果自评,并通过其他学生的反馈得到客户评价,从而使得学生能更深刻地认识到自己产品的优点与缺点,进而在设计与实现的流程中掌握课程中所要求的知识与技能。

关键词:张江园区;集成电路设计;企业

自1958年美国德克萨斯仪器公司发明了世界上第一块集成电路以来,作为电子信息行业的核心和基础,集成电路产业规模迅速扩大,技术水平突飞猛进,这是技术驱动和市场拉动双重合力的结果。虽然集成电路制造业依然是这个产业链的中流砥柱,但值得注意的是近年来设计业异军突起。张江集成电路产业的发展特点无疑也暗合了这样的趋势。虽然张江集成电路设计、制造、封装测试和设备材料四业均保持了平稳快速的增长态势,但设计业充分显示了先导性行业的活力,成为整个产业链中增长最快、占比上升最明显的行业。

一、张江集成电路设计企业的发展优势

集成电路产业是张江高科技园区的主导产业之一。该产业链的形成肇始于2000年底第一家晶圆代工企业——中芯国际的投资建设。一大批芯片设计、制造、封装、测试及设备材料等上下游企业,在张江“产业链”发展思路和以创新带动园区建设的主导思想下快速集聚张江,展讯、华虹、格科微、昂宝、AMD、Nvidia和Marvel等一批国内外著名设计企业经历了多年的快速发展,在移动通讯、3G/4G手机芯片、高清数字电视、智能标签、绿色电源、数字多媒体等芯片设计领域形成了独特的发展优势,主要表现在:

(一)技术水平加速提升

作为产业链中技术含量最高的设计业,生存和发展的根本动力在于技术创新。

张江园区一批具有竞争力的自主创新设计企业,通过技术创新和商业模式创新已成为各自细分领域的引领者,部分领军企业设计研发的产品已达到国际先进水平。2011年初,展讯推出了全球首款40nm低功耗商用TD-HSPA/TD-SCDMA多模通信芯片,这款芯片的研制成功,标志着张江园区手机芯片设计水平首次达到世界一流水平。又如深迪半导体开发的一款陀螺仪产品—SSZ030CG,标志着第一款具有中国自主知识产权的商用MEMS陀螺仪的诞生,打破了欧美及日本对这一高科技领域的技术壁垒。

经过多年的努力,张江集成电路设计企业相继实现了技术乃至应用领域的新突破。设计企业研发的基带、射频、图像传感器、功率放大器、能源计量等20多类芯片被广泛应用于手机、智能卡、数字电视、汽车电子、智能电表和水表等消费电子和工业电子领域。越来越多的设计企业从单一的技术或产品开发向系统方案集成和终端产品开发转变。

(二)销售收入持续增长

张江集成电路设计企业已由初创期转入成长期,持续快速增长正是IC设计企业进入成长期的重要标志。

2010年,在全球和国内集成电路产业全面复苏的背景下,张江设计业呈现全面爆发式的增长,实现销售收入66.1亿元,同比增长56%。2011年,即使在半导体行业不景气的情况下,张江设计业依然实现销售收入95.7亿元,首次超过芯片制造业,同比增长44.8%,是四业中增速最快的行业,远高于国内30.2%的平均增速。占上海的比重由2010年的58.4%上升为64.1%,占全国比重由18.2%上升至20.2%。

自2004年张江出现首家超亿元的设计企业(上海华虹集成电路有限责任公司)以来,每年超亿元的设计企业数量不断增加,2012年已达10多家。其中最为突出的是展讯公司,2011年销售收入在上一年猛增238%的基础上再次翻番,达到42.88亿元,增速居全球前25大集成电路设计企业首位。

(三)资源整合步伐加快

并购重组现已成为设计企业在短期内快速实现业务整合,弥补技术短板的最佳方案,这也是世界集成电路发达国家和地区的普遍规律。

张江集成电路设计企业通过兼并重组,实现强强联合,既保存了企业实力,延伸拓宽了产业链;又推动了企业做大做强,增强了市场竞争力。

二、张江集成电路设计企业的发展瓶颈

张江园区是中国集成电路设计企业最为集中,技术水平相对较高,所有制形式最为多样化的产业基地。但在张江落户的设计企业,总的来说,还处于成长阶段,企业规模小,盈利能力不足,产品线单一,缺乏核心技术和自主品牌。张江大多数设计企业发展后劲乏力的主要原因在于:

(一)政策限制挫伤企业发展活力

政策支持在集成电路产业发展中的重要作用不言而喻。2000年的国发18号文开启了国内集成电路产业发展的黄金十年。但近年来,政策的诸多限制,抑制了芯片设计企业乃至整个产业链的良性发展。

首先,由于财税[2000]25号文对“集成电路设计企业”的定义,导致许多设计企业在工商登记后,税务机关不认可其为生产型企业,拿不到加工手册,无法实现出口退税。当设计企业设计的芯片需要在境内加工时,只能通过境外公司下订单,并通过国外公司销售。而张江的设计企业仅仅成了设计中心。

其次,中国自2005年4月1日起停止执行财税[2002]70号第一条即增值税实际税负超过3%的部分实行即征即退政策,致使设计企业在尚未销售产品前,须先交付芯片制造、封装和测试等各个加工环节17%的增值税,从而造成设计企业流动资金周转困难。而其他采用增值税制的国家和地区,如新加坡为3%,中国台湾为5%,韩国为10%,都较国内低。设计企业为了避免资金占压,只能迂回境外下单加工。此外,由于进口芯片可以免税,境内客户便不愿采购境内设计企业芯片,造成境内设计企业不能实现本土销售。

张江一批设计企业因受政策影响,在完成设计后不得不转移到境外生产和销售,造成销售额、利润和税收大量流向境外,使张江的芯片代工企业和封装测试企业得不到设计企业的订单支持,既阻碍了以设计企业为“龙头”推动集成电路产业全面发展的趋势,也使国家税收遭受巨大损失。

(二)融资困难束缚企业发展规模

集成电路产业是一个技术密集、资金密集和人才密集的产业,对于投融资环境的要求较其他产业更为迫切。然而,集成电路设计企业的特殊性,使其融资之路较其他产业更为艰难。

其次,虽然设计企业可以选择国内或海外上市,但国内上市门槛高,使众多设计企业望而却步。如主板市场需要连续三年盈利,中小板需要连续两年盈利,创业板需要最近三个会计年度净利润均为正数,且累计超过3000万元。而海外上市手续复杂、成本高,加上国际影响力不够,能够成功上市的仅属业中翘楚,中小型设计企业根本无法企及。此外,虽有政府扶持资金,但审核周期长,有时要超过一年,根本无法在企业最需要资金的时候雪中送炭。

融资困难一方面使众多的设计企业发展规模受阻;另一方面无力投入高新技术研发,致使产品附加值不高,只能在国内低端产品市场竞争,前景堪忧。

(三)人才缺失制约企业发展潜力

集成电路设计业是产业链中人才密集度最高的行业,如何更好地利用现有人才激励政策、户籍政策来吸引人才,留住人才,用好人才,是助推设计企业发展的关键。

同时,受上海户籍制度的限制,许多优秀的外地人才被拒之门外。虽然有居住证制度,但与户籍享有的权利和保障存在明显差异,尤其在子女教育问题上。更重要的是居住证远没上海户籍那样让人产生安全感与归属感。许多优秀的外地人才只能到上海周边地区——户籍政策门槛相对较低的苏、杭州等地,寻找个人价值的发展空间。此外,上海作为全国最发达的现代化城市,生活成本居高不下。根据英国经济学人智库最新一期“全球生活成本指数”排行榜,上海已与纽约基本看齐,大陆第一,全球第三十,远高于内地城市的生活成本,不仅令未来者望而却步,也令已居者萌生去意。

上海日趋紧张的用人环境和设计企业成倍增长的人才需求形成巨大的供需矛盾,招聘人才难,人才流失严重已成为制约设计企业发展不容忽视的关键因素。

三、张江集成电路设计企业发展策略

集成电路设计业是集成电路产业中最具活力和最富发展潜力的行业,是集成电路产业技术水平的集中体现,也是中国集成电路产业发展的重中之重。如果设计业发展滞缓,不仅牵制集成电路市场的扩展,也严重影响芯片制造和封装测试等整个产业链的发展与稳定。因此,采取一些有突破性的措施来迅速改善集成电路设计业的现状,对推动集成电路整个产业链的发展十分重要。

(一)构建以设计企业为“龙头”的集成电路产业链保税监管新模式

首先,将设计企业视同于将产品制造外包的集成电路生产型企业,使其可以享受产品出口退税,鼓励设计企业将流片加工和销售重返境内。目前,集成电路生产制造有两种方式,一种是英特尔、德州仪器公司等企业采用的IDM(集成器件制造商)方式;另一种是以垂直分工为主要特征的集成电路产业链方式,主要由集成电路设计公司(Fabless)、芯片代工企业(Foundry)、封装测试企业(Assembly&Testing)分别完成。中国台湾地区、新加坡、韩国等均是通过后一种方式参与集成电路产业的国际分工。中国集成电路产业也是借助于这种方式得以迅速崛起。因此,对集成电路设计企业的认识不应仅停留在设计服务层面上。实际上,Fabless才是集成电路设计企业的主流商业模式。Fabless的准确含义是没有芯片厂的半导体公司。如果在政策层面能够将设计企业定位于生产型企业,设计企业享受免抵退政策也就顺理成章了。

(二)搭建投融资专业化金融服务平台,助力设计企业发展腾飞

首先,根据张江设计企业特性和发展阶段,开发多层次、多品种的金融产品,以适应不同特点和阶段的企业融资需求。对于处在研发阶段的初创型企业,引入张江小额贷款、融资租赁和融资担保等;对于产品处于研发阶段的企业,则从“投贷联动”入手,引入私募基金、风险投资等。同时,加大推进张江已经实施的“银政合作”项目,按照“风险共担、限额补贴、征信先行、专业运作、监管创新”的原则,以企业融资信用信息征集为基础,不断引入多家商业银行共同参与,支持银行扩大放贷规模,对解决企业融资问题有突出贡献的机构给予风险补偿和奖励。一方面,银行通过提高抵押融资比例、丰富质押融资手段、加快审批速度、优化信贷结构,为企业提供银行融资;另一方面,政府通过风险共担、梯度奖励等激励措施,增强银行放贷信心。有了政府的担保抵冲坏账额度,银行的放贷规模成倍放大,一些原本不符合银行放贷条件的企业可以因此得益,从而解决设计企业在发展过程中的融资难题。

其次,帮助设计企业进入多层次资本市场,促使企业创新与资本运作有机结合。对有改制上市意愿的企业,邀请券商等专业中介机构进行不同资本市场的专题培训或上门个别辅导,从公司治理、内部控制、股权激励、商业模式设计等多角度全面分析企业发展之路,有针对性地帮助企业提高上市融资实务操作技能,使之充分了解企业自身发展现状,选择最佳上市板块。尤其是要帮助设计企业充分认识到“新三板”作为多层次资本市场的组成部分,可成为有创新能力和发展潜力企业可持续发展的重要加速器。同时,鼓励设计企业进入OTC中心挂牌交易,对交易各方给予引导和支持,为科技型企业早期融资创造条件。

(三)推动创新人才政策,营造聚才、育才、用才的良好环境

首先,以张江建设国家自主创新示范区为契机,推进和落实“张江创新十条”政策。设立以国资为导向的“代持股专项资金”,实施股权激励。对符合股权激励条件的团队和个人,给予股权认购、代持及股权取得阶段所产生的个人所得税代垫等资金支持。推行“张江聚才计划”,加速高端人才集聚。建立以市场化的角度、企业家的眼光为导向的全新人才评价方法,以实践和贡献为出发点来衡量人才。设立“张江创新人才奖励资金”,通过评价方式、评价标准和激励方式的创新帮助企业吸引和留住关键、骨干人才。还可借鉴一些国家或地区的做法,对贡献大和特别急需的高层次人才,实施个人所得税补贴、个人购房贷款贴息及年度嘉奖等激励政策,来加大企业吸引人才,留住人才的法码。

其次,不断优化工作和生活环境,全方位降低人才的创业和居住成本。针对上海高房价对企业引进、留住人才带来的压力,加速开发建设价格优惠、配套设置齐全的人才公寓,建造限价商品房,定向配售给符合条件的引进人才、专业技术骨干、管理人员自住。同时,积极拓展优质教育资源,提升园区基础教育水平,对设计企业创新创业人才,其子女在学前教育、义务教育阶段入园入学安排上予以优先照顾,并为外籍高层次人才及其配偶、未成年子女和外籍高端技术人员,申请长期居留许可提供便利。

四、结束语

[1]上海市经信委和上海市集成电路行业协会.2012年上海集成电路产业发展研究报告[M].上海:上海教育出版社,2012.

[2]2011年度张江高科技园区产业发展报告[Z].

[3]朱贻玮.中国集成电路产业发展论述文集[M].北京:新时代出版社,2006.

关键词:微电子学;实验室建设;教学改革;

1微电子技术的发展背景

(1)微电子产业要成为国民经济发展新的重要增长点和实现关键技术的跨越。形成2950亿元的产值,占GDP的1.6%、世界市场的4%,国内市场的自给率达到30%,并且能够拉动2万多亿元电子工业产值。从而形成了500~600亿元的纯利收入。

(2)国防和国家安全急需的关键集成电路芯片能自行设计和制造。

(3)建立起能够良性循环的集成电路产业发展、科学研究和人才培养体系。

(4)微电子科学研究和产业的标志性成果达到当时的国际先进水平。

在这一背景下,随着国内外资本在微电子产业的大量投入和社会对微电子产品需求的急骤增加,社会急切地需要大量的微电子专门人才,仅上海市在21世纪的第一个十年,就需要微电子专门人才25万人左右,而目前尚不足2万人。也正是在这一背景下,1999年以来,全国高校中新开办的微电子学专业就有数十个。2002年8月教育部全国电子科学与技术专业教学指导委员会在贵阳工作会议上公布的统计数据表明,相当多的高校电子科学与技术专业都下设了微电子学方向。微电子技术人才的培养已成为各高校电子信息人才培养的重点。

2微电子学专业实验室建设的紧迫性

我国高校微电子学专业大部分由半导体器件或半导体器件物理专业转来,这些专业的设立可追溯到20世纪50年代后期。办学历史虽长,但由于多年来财力投入严重不足,而微电子技术发展迅速,国内大陆地区除极个别学校外,其实验教学条件很难满足要求。高校微电子专业实验室普遍落后的状况,已成为制约培养合格微电子专业人才的瓶颈。

3实验室建设项目的实施

3.1整体规划和目标的确立

微电子技术的发展要求我们的实验室建设规划、实验教改方案、人才培养目标必须与其行业发展规划一致,既要脚踏实地,实事求是,又必须要有前瞻性。尤其要注意国际化人才的培养。微电子的人才培养若不能实现国际化,就不能说我们的人才培养是成功的。

基于这样的考虑,在调查研究的基础上,我们将实验室建设整体规划和目标确定为:建立国内一流的由微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验及超大规模集成电路芯片设计综合实验两个实验系列构成的微电子学专业实验体系,既满足微电子学专业教学大纲要求,又适应当今国际微电子技术及其教学发展需求的多功能的、开放性的微电子教学实验基地。我们的目标是:

(1)建立有特色的教学体系——微电子工艺与设计并举,强化理论基础、强化综合素质、强化能力培养。

(2)保证宽口径的同时,培养专业技能。

(3)建立开放型实验室,适应跨学科人才的培养。

(4)在全国微电子学专业的教学中具有一定的先进性。

实践中我们认识到,要实现以上目标、完成实验室建设,必须以教学体系改革、教材建设为主线开展工作。

3.2重组实验教学课程体系,培养学生的创新能力和现代工业意识

实验课程体系建设的总体思路是培养创造性人才。实验的设置要让学生成为实验的主角和与专业基础理论学习相联系的主动者,能激发学生的创造性,有专业知识纵向和横向自主扩展和创新的余地。因此该实验体系将是开放式的、有层次的和与基础课及专业基础课密切配合的。实验教学的主要内容包括必修、选修和自拟项目。我们反复认真研究了教育部制定的本科微电子学专业培养大纲及国际上对微电子学教学提出的最新基本要求。根据专业的特点,充分考虑目前国内大力发展集成电路生产线(新建线十条左右)和已成立近百家集成电路设计公司对人才的强烈需求,为新的微电子专业教学制定出由以下两个实验系列构成的微电子学专业实验体系。

(1)微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验。

(2)超大规模集成电路芯片设计综合实验。

这是微电子学教学的重点基础之一。教学目的是掌握超大规模集成电路系统设计的基本原理和规则,初步掌握先进的超大规模集成电路设计工具。该系列的必修基础实验共80学时,与之配套的讲授课程为“超大规模集成电路设计基础”。除此而外,超大规模集成电路测试分析和系统开发实验不仅是与“超大规模集成电路原理”和“电路系统”课程套配,使学生更深刻的理解和掌握集成电路的特性;同时也是与前一系列实验配合使学生具备自拟项目和独立创新的理论及实验基础。

3.3优化设施配置,争取项目最佳成效

(1)集成电路设计实验体系。集成电路设计实验室机房的建立——购买CADENCE系统软件(IC设计软件)、ZENILE集成电路设计软件;集成电路设计实验课程体系由EDA课程及实验、FPGA课程及实验、PSPICE电路模拟及实验、VHDL课程及实验、ASIC课程及实验、IC设计课程及实验等组成。

在实验室的阶段建设中,我们分步实施、边建边用、急用优先,在建设期内就使实验室发挥出了良好的使用效益。

3.4强化管理,实行教师负责制

新的实验室必须要有全新的管理模式。新建实验室和实验课程的管理将根据专业教研室的特点,采取教研室主任和实验室主任统一协调下的教师责任制。在两大实验板块的基础上,根据实验内容的布局进一步分为4类(工艺及测试,物理测试,设计和集成电路参数测试,系统开发)进行管理。原则上,实验设施的管理及实验科目的开放由相应专业理论课的教师负责,在项目的建立阶段,将按前述的分工实施责任制,其责任的内容包括:组织设备的安装调试,设备使用规范细则的制定,实验指导书的编写等。根据专业建设的规划,在微电子实验室建设告一段落后,主管责任教师将逐步由较年青的教师接任。主管责任教师的责任包括:设备的维护和保养,使用规范和记录执行情况的监督,组织对必修和选修科目实验指导书的更新,组织实验室开放及辅导教师的安排,完善实验室开放的实施细则等。

实验课将是开放式的。结合基础实验室的开放经验和微电子专业实验的特点,要求学生在完成实验计划和熟悉了设备使用规范细则的条件下,对其全面开放。对非微电子专业学生的开放,采取提前申请,统一完成必要的基础培训后再安排实验的方式。同时将针对一些专业的特点编写与之相适应的实验教材。

4取得初步成果

微电子学专业实验室通过近3年来的建设运行,实现或超过了预期建设目标,成效显著,于2002年成功申报为";四川省重点建设实验室";。现将取得的初步成果介绍如下:

(1)在微电子实验室建设的促进下,为适应新条件下的实验教学,我们调整了教材的选用范围。微电子学专业主干课教材立足选用国外、国内的优秀教材,特别是国外能反映微电子学发展现状及方向的先进教材,我们已组织教师编撰了能反映国际上集成电路发展现状的《集成电路原理》,选用了最新出版教材《大规模集成电路设计》,并编撰、重写及使用了《集成电路设计基础实验》、《超大规模集成电路设计实验》、《平面工艺实验》、《微电子器件原理》、《微电子器件工艺原理》等教材。

在重编实验教材时,改掉了";使用说明";式的教材编写模式。力图使实验教材能配合实验教学培养目标,启发学生的想象力和创造力,尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。

(2)对本科微电子学的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和大幅度调整,并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。坚持并发展了我校微电子专业在器件工艺实验上的特色和优势,通过对实验课及其内容进行整合更新,使实验更具综合性。如将过去的单一平面工艺实验与测试分析技术有机的结合,将原来相互脱节的芯片工艺、参数测试、物理测试等有机地整合在一起,以便充分模拟真实芯片工艺流程。使学生在独立制造出半导体器件的同时,能对工艺控制进行实时综合分析。

(3)引入了国际上最通用、最先进的超大规模集成电路系统设计教学软件(如CADENCE等),使学生迅速地掌握超大规模集成电路设计的先进基本技术,激发其创造性。为了保证这一教学目的的实现,我们对

专业的整体教学计划做了与之配合的调整。在第5学期加强了电子线路系统设计(如EDA、PSPICE等)的课程和实验内容。在教学的第4学年又预留了足够的学时,作为学生进一步掌握这一工具的选修题目的综合训练。

(4)所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目,提出实验路线。鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合,促进学生对实验课程的全身心的投入。

在实验成绩的评定上,不简单地看实验结果的正确与否,同时注重实验方案的合理性和创造性,注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。

(5)通过送出去的办法,把教师和实验人员送到器件公司、设计公司培训,并积极开展了校内、校际间的进修培训。推促教师在专业基础和实验两方面交叉教学,提高了教师队伍的综合素质。

(6)将集成电路设计实验室建设成为电子信息类本科生的生产实习基地,为此,我们参加了中芯国际等公司的多项目晶圆计划。

加入了国内外EDA公司的大学计划,以利于实验室建设发展和提高教学质量,如华大公司支持微电子实验室建设,赠送人民币1100万元软件(RFIC,SOC等微电子前沿技术)已进入实验教学。

THE END
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