序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

【關(guān)鍵詞】數(shù)字集成電路；設(shè)計(jì)方法；同步數(shù)字系統(tǒng)

【中圖分類號】TN402【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1006-4222（2016）04-0197-02

數(shù)字電路設(shè)計(jì)是一個正在不斷發(fā)展著的學(xué)科，針對其設(shè)計(jì)方法一般包括了兩種：①同步設(shè)計(jì)；②異步設(shè)計(jì)。從目前市場上的產(chǎn)品來看，大多數(shù)的數(shù)字電路都是采用同步設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法，究其原因，同步設(shè)計(jì)主要元器件是觸發(fā)器，該技術(shù)較為成熟。但是隨著人們需求的不斷變化，異步設(shè)計(jì)也已經(jīng)開始慢慢走近人們的視野之中。本文將首先對數(shù)字電路的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行簡單的論述。

1數(shù)字電路流程設(shè)計(jì)

伴隨著熟悉電路的發(fā)展，慢慢的，它已經(jīng)有了較為完整的體系，主要包括了系統(tǒng)架構(gòu)、RTL設(shè)計(jì)、綜合優(yōu)化、布局布線、版圖設(shè)計(jì)等幾個方面。下面依次對這幾個方面進(jìn)行介紹。系統(tǒng)架構(gòu)是整個設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，同時也是十分重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)橹灰辛艘粋€好的系統(tǒng)構(gòu)架那么設(shè)計(jì)起來就會十分的方便。在這個環(huán)節(jié)中需要對模塊進(jìn)行劃分，同時也需要對接口進(jìn)行定義等。下一個環(huán)節(jié)便是RTL設(shè)計(jì)。這一環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié)因?yàn)樵谶@一階段需要用相應(yīng)的語言來將電路描述出來。綜合優(yōu)化就是將RTL轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硬件電路。這個環(huán)節(jié)中往往是和工藝廠商進(jìn)行合作，從而搭建出合適的電路。數(shù)字電路的布局布線與模擬電路相比要簡單許多，因?yàn)楹軐π酒圃旌?，生產(chǎn)者就會給出基準(zhǔn)單元庫。然后利用EDA軟件，根據(jù)這些相應(yīng)的限制自動布局布線。最后一個環(huán)節(jié)也就是版圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。就是在布局布線設(shè)計(jì)完成之后，結(jié)合基準(zhǔn)單元生成具體版圖，然后通過驗(yàn)證后，教給工廠代加工制造芯片。

2同步數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在文章開始，筆者就提到同步設(shè)計(jì)法受到眾多設(shè)計(jì)人員的青睞。下面本文就將嚴(yán)格按照上文中提到過的幾種設(shè)計(jì)階段對同步設(shè)計(jì)法進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

2.1同步電路的優(yōu)越性

之所以被稱之為同步系統(tǒng)就是因?yàn)橛|發(fā)器的狀態(tài)是有統(tǒng)一始終控制的。各個存儲狀態(tài)的改變都是在時鐘的控制之下完成的。所以同步系統(tǒng)具有著多種好處。①同步電路保證各個存儲單元都有著相同的初始態(tài)，并且只有在時鐘沿到來之時，存儲單元的狀態(tài)才會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣很大程度上就使得電路較為穩(wěn)定，能夠避免溫度等對電路的影響。②能夠很容易實(shí)現(xiàn)流水線，對于提高芯片的效率等方面具有較大的好處。

2.2觸發(fā)器

觸發(fā)器是同步電路的基本單元，尤其指的是D觸發(fā)器。對于觸發(fā)器而言，最重要的特點(diǎn)就是只有當(dāng)時鐘沿到來的時候，觸發(fā)器才會將存儲狀態(tài)轉(zhuǎn)變，也就是將數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)保存起來。當(dāng)時鐘沿不到達(dá)時，觸發(fā)器不會采取動作，這樣就是同步電路較為穩(wěn)定的原因之一。觸發(fā)器在組成時，可以采用MOS管進(jìn)行搭建，也可以采用簡單的邏輯器件進(jìn)行構(gòu)建。

2.3RTL級描述

由于數(shù)字電路需要具備的功能越來越多同時規(guī)模也變的越來越大，那么系統(tǒng)這一理念也變得越來越強(qiáng)大。使用Ver-ilogHDL可以對系統(tǒng)進(jìn)行行為級以及RTL級描述。行為級描述就是為了確認(rèn)系統(tǒng)是否可行、可靠，同時也會檢查算法是否正確。在進(jìn)行RTL級設(shè)計(jì)的時候需要注意到描述的可綜合性以及測試驗(yàn)證功能的完備性。描述的可綜合性詳細(xì)來說就是設(shè)計(jì)人員大多使用mod-elsim進(jìn)行編譯仿真。這款軟件雖然簡單實(shí)用，但同時也具備著不容忽視的弱點(diǎn)，就是VerilogHDL的容錯性較強(qiáng)，不能區(qū)分出行為級描述以及RTL級描述。這就意味著設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)最終可能無法被綜合成硬件電路。為了解決這一問題。設(shè)計(jì)人員就需要多多關(guān)注指令都能夠被綜合成什么樣的電路，同時關(guān)注哪些指令不可被綜合。RTL級描述中，功能需要是完備的。這就比可綜合性困難的多。因?yàn)榈侥壳盀橹共]有能保證功能完備性的驗(yàn)證體系。為了避免這個問題的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員需要從以下的方面入手：①對于系統(tǒng)級規(guī)劃中模塊盡量按照其功能進(jìn)行劃分，這樣就能夠在進(jìn)行RTL級描述時嚴(yán)格按照規(guī)劃設(shè)計(jì)。②保持良好的編程習(xí)慣。③成立專人的測試部門，這樣既有測試人員又有著設(shè)計(jì)人員。在測試人員的把關(guān)之下，很多的問題以及漏洞就會被發(fā)現(xiàn)。

2.4利用DesignCompiler綜合優(yōu)化

DC綜合這一過程是數(shù)字電子線路設(shè)計(jì)的前端。在這個綜合設(shè)計(jì)的過程中那個，DC需要進(jìn)最大的努力進(jìn)行優(yōu)化，但是這之后可能依然有一些違例路徑的存在。這時候就需要人工返回RTL級，進(jìn)行修改然后再綜合，不斷的循環(huán)。

2.5利用SOCEncounter布局布線

同步數(shù)字設(shè)計(jì)的后端就涵蓋了布局布線、時序驗(yàn)證、后仿等多個環(huán)節(jié)。對比模擬電路，數(shù)字電路布局布線較為簡單尤其再利用一些軟件之后能夠大大的減輕人們的壓力、提高工作效率，節(jié)省時間。

3小結(jié)

本文對于數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法之中的同步設(shè)計(jì)法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時對于在設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的問題以及解決方案都進(jìn)行了論述，希望對于今后設(shè)計(jì)人員對數(shù)字電路的設(shè)計(jì)有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]孔德立.數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方法的研究[D].西安電子科技大學(xué)，2012.

[2]陳明亮.數(shù)字集成電路自動測試硬件技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2010.

篇(2)

關(guān)鍵詞：工程需求；集成電路設(shè)計(jì)；實(shí)踐；驗(yàn)證

中圖分類號：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設(shè)計(jì)是學(xué)科交叉特性顯著的一個學(xué)科，且其發(fā)展日新月異，技術(shù)更新非?？?，而其主要的更新點(diǎn)體現(xiàn)在工藝水平、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段上。例如，在設(shè)計(jì)SOC等大規(guī)模集成電路時，設(shè)計(jì)者首先要全方位地把握系統(tǒng)的主體框架，另外還要注重各個環(huán)節(jié)中的細(xì)節(jié)，有效利用EDA軟件來精確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其正確性。目前大多數(shù)高校開設(shè)的集成電路設(shè)計(jì)課程融入了多媒體教學(xué)，但多媒體教學(xué)多局限于PPT課件教學(xué)，雖然在教學(xué)內(nèi)容上與過去的板書教學(xué)相比得到了很大的擴(kuò)充，但從教學(xué)體系上說對于工程化設(shè)計(jì)流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點(diǎn)的介紹相對來說較為孤立，學(xué)生對所學(xué)知識的理解無法融會貫通，對工程化設(shè)計(jì)的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學(xué)為主，存在實(shí)踐環(huán)節(jié)過少、實(shí)踐環(huán)節(jié)不成完備體系等問題。學(xué)生工程實(shí)踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時間和人力對應(yīng)屆學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)；學(xué)生容易產(chǎn)生挫折情緒，不能快速適應(yīng)崗位需求。本教改通過對目前國內(nèi)急需集成電路設(shè)計(jì)人才的現(xiàn)狀的思考，對集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，實(shí)施以工程需求為導(dǎo)向，以工程界典型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程為主線的閉環(huán)式教學(xué)。在國家急需系統(tǒng)級集成電路設(shè)計(jì)實(shí)用型工程人才的指導(dǎo)思想下，在工科院校要培養(yǎng)能為社會所用工程人才的辦學(xué)宗旨下，以開發(fā)學(xué)生潛力、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性為目的，結(jié)合用人單位的用人需求，我院集成電路設(shè)計(jì)課程嘗試閉環(huán)教育，即課程的章節(jié)設(shè)置參照工程界數(shù)字集成電路系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)流程，知識內(nèi)容涵蓋從設(shè)計(jì)到流片生產(chǎn)甚至測試的每一個環(huán)節(jié)，而每一個重要環(huán)節(jié)都有工程實(shí)驗(yàn)與之相對應(yīng)，形成完備的閉環(huán)知識體系。本教改項(xiàng)目閉環(huán)教育可分為理論教育環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教育環(huán)節(jié)。

一、理論教育環(huán)節(jié)

閉環(huán)教育中的理論教育以工程界大型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的典型流程為教學(xué)切入點(diǎn)，然后以該流程為主線介紹各個階段涉及的理論知識和可供使用的EDA軟件，每次進(jìn)入下一設(shè)計(jì)階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)流程圖，一方面可以加深學(xué)生對設(shè)計(jì)流程的印象；另一方面針對當(dāng)前內(nèi)容在流程中出現(xiàn)的位置，突出當(dāng)前設(shè)計(jì)階段與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)學(xué)生對各個設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)方法、EDA軟件中參數(shù)設(shè)定偏重點(diǎn)的理解。這種教育方法區(qū)別于傳統(tǒng)的單純的由點(diǎn)及面的教育方法，避免出現(xiàn)只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細(xì)節(jié)的同時加強(qiáng)整體觀念。

二、實(shí)踐教育環(huán)節(jié)

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)主要是指與理論教育相配套結(jié)合的系列實(shí)驗(yàn)。針對每個設(shè)計(jì)階段都安排相應(yīng)的較為全面的實(shí)驗(yàn)，與該階段的理論知識形成閉環(huán)。而且，所有的實(shí)驗(yàn)基本可按照從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始到流片、測試的完整設(shè)計(jì)流程串接起來。

圖1 大型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的典型流程

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書撰寫了前端設(shè)計(jì)內(nèi)容，在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段；撰寫了后端設(shè)計(jì)內(nèi)容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時鐘網(wǎng)絡(luò)的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對版圖建立感性認(rèn)識的同時對IP保護(hù)有更深層次的理解。Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能、時序的影響，后仿真時序文件反標(biāo)的含義；明確后仿真對于保證設(shè)計(jì)正確性的意義；培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)大致分為前端設(shè)計(jì)階段、后端設(shè)計(jì)階段、測試階段。

1.前端設(shè)計(jì)階段。在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段。

2.后端設(shè)計(jì)階段。針對數(shù)字集成電路的特點(diǎn)，安排面向MPW流片的實(shí)驗(yàn)，介紹將電路轉(zhuǎn)化為高可靠性版圖的主要步驟。該實(shí)驗(yàn)分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時鐘網(wǎng)絡(luò)的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對版圖建立感性認(rèn)識的同時對IP保護(hù)有更深層次的理解；③Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能和時序的影響、后仿真時序文件反標(biāo)的含義，明確后仿真對于保證設(shè)計(jì)正確性的意義，培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

篇(3)

關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計(jì)；集成電路；教學(xué)與實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘新版圖設(shè)計(jì)員工時，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計(jì)師。但是，IC設(shè)計(jì)這個行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計(jì)師才會考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標(biāo)轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計(jì)知識的即將畢業(yè)學(xué)生就進(jìn)入了IC設(shè)計(jì)行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時或是畢業(yè)生進(jìn)入企業(yè)一段時間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點(diǎn)版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強(qiáng)人意，再就是行業(yè)術(shù)語與設(shè)計(jì)軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學(xué)時滲入電路與工藝等知識，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹立電路、工藝以及設(shè)計(jì)軟件為版圖設(shè)計(jì)服務(wù)的理念。

一、企業(yè)對IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析

集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時，除了對員工的個人素質(zhì)和英語的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R面廣，而國內(nèi)學(xué)校開設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。

二、針對企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫，因此對于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。

2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。

3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過對芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。

三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)

1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時停下來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個單元庫。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。

2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學(xué)生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。

3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準(zhǔn)確無誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時，說明數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。

集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對設(shè)計(jì)工程師的要求來安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個方面就如何開展教學(xué)可以滿足企業(yè)對版圖工程師的要求展開探討，安排教學(xué)有針對性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。

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>> PNG硬件解碼的加速設(shè)計(jì) PNG的硬件解碼加速設(shè)計(jì) H．264解碼器中CABAC硬件加速器的實(shí)現(xiàn) MPEG－4的解碼系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) AVS視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)測編解碼技術(shù)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于OR1200的AVS視頻解碼幀內(nèi)亮度預(yù)測的硬件模塊設(shè)計(jì) H．264熵解碼器CAVLC的硬件設(shè)計(jì) AVS視頻解碼器中VLD模塊的硬件設(shè)計(jì) 一種SoC架構(gòu)的AVS硬件解碼器設(shè)計(jì)方案 AVS視頻解碼器中運(yùn)動矢量預(yù)測的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于PT2262和PT2272編解碼芯片的無線尋物系統(tǒng)發(fā)送部分硬件設(shè)計(jì) 基于FPGA的硬件加速器設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用 播放器硬件解碼的相關(guān)設(shè)置 讓PNG格式圖片變透明的簡單方法 基于FPGA的軟硬件協(xié)同仿真加速技術(shù) 軟件路由器的硬件加速研究 都是瀏覽器硬件加速惹的禍 硬件創(chuàng)業(yè)加速器HAX的深圳速度 旋變位置解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 繞開微軟實(shí)現(xiàn)硬件“軟”解碼 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：l.

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作者簡介

鄭天翼 男，1983年出生，福建福州人，碩士研究生。主要從事數(shù)字信號處理與集成電路設(shè)計(jì)的研究。

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關(guān)鍵詞：模擬集成電路；自適應(yīng)加權(quán)；多目標(biāo)優(yōu)化；Pareto最優(yōu)前沿

中圖分類號：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）10-00-02

0 引 言

一直以來，人們都想實(shí)現(xiàn)模擬集成電路設(shè)計(jì)的自動化，但考慮到模擬集成電路性能指標(biāo)多，各性能指標(biāo)間互相影響等因素，使得模擬集成電路的自動化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)字集成電路，模擬集成電路已經(jīng)成為制約集成電路發(fā)展的瓶頸。隨著技術(shù)的發(fā)展，片上系統(tǒng)將模擬集成電路與數(shù)字集成電路整合到一塊芯片上。但人們對模擬集成電路的自動化研究卻從未中斷過，同時也取得了一些成果，其中基于優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法因適用范圍廣而受到了人們的青睞。

基于優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法將模擬集成電路的設(shè)計(jì)看作是多目標(biāo)優(yōu)化問題，電路設(shè)計(jì)時的性能指標(biāo)如增益、帶寬、相位裕度等就是多目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。通過多目標(biāo)優(yōu)化算法求解出電路目標(biāo)空間的Pareto前沿，該前沿就是電路各種性能指標(biāo)折衷后的最優(yōu)前沿，允許電路設(shè)計(jì)者從一組相互沖突的設(shè)計(jì)指標(biāo)中做出最佳選擇。

基于優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法的核心是多目標(biāo)優(yōu)化算法，解決多目標(biāo)優(yōu)化問題的常用算法是加權(quán)和算法[1]，該算法容易理解、操作簡單，但是該算法不能求出Pareto前沿上位于凹區(qū)間內(nèi)的解，而當(dāng)權(quán)值均勻分布時，Pareto前沿上凸區(qū)間內(nèi)的解分布不均勻[2]。本文采用了自適應(yīng)加權(quán)和算法，該算法在加權(quán)和算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，克服了加權(quán)和算法的上述缺點(diǎn)。

1 自適應(yīng)加權(quán)和算法原理

自適應(yīng)加權(quán)和算法[3]的權(quán)值系數(shù)沒有預(yù)先確定，而是通過所要求解問題的Pareto前沿曲線獲得。首先用傳統(tǒng)加權(quán)和算法產(chǎn)生一組起始解，然后在目標(biāo)空間確定需要細(xì)化的區(qū)域。將待細(xì)化區(qū)域看作可行域并且對該區(qū)域施加不等式約束條件，最后用傳統(tǒng)加權(quán)和方法對這些需要細(xì)化的子區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)Pareto前沿上的所有子區(qū)域長度達(dá)到預(yù)定值時，優(yōu)化工作完成。

圖1所示的自適應(yīng)加權(quán)算法與傳統(tǒng)加權(quán)和算法進(jìn)行了對比，說明了自適應(yīng)加權(quán)和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用實(shí)線表示，通過多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得的解用黑圓點(diǎn)表示。在該例中，整個Pareto前沿由相對平坦的凸區(qū)域和明顯凹的區(qū)域組成。解決這類問題的典型方法就是加權(quán)和算法，該算法可以描述成如下形式：

上式中描述的是兩個優(yōu)化目標(biāo)的情形，J1（x）和J2（x）分別為兩個目標(biāo)函數(shù)，sf1，0（x）和sf2，0（x）分別為對應(yīng)的歸一化因子，h（x）和g（x）分別為等式約束條件和不等式約束條件。

圖1（a）為采用加權(quán)和算法后解的分布，可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point，凹區(qū)間內(nèi)沒有求出解。該圖反映了加權(quán)和算法的兩個典型缺點(diǎn)：

（1）解在Pareto前沿曲線上分布不均勻；

（2）在Pareto前沿曲線為凹區(qū)間的部分不能求出解。

因此盡管加權(quán)和算法具有簡單、易操作的優(yōu)點(diǎn)，但上述缺點(diǎn)卻限制了其應(yīng)用，這些固有缺陷在實(shí)際多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中頻繁出現(xiàn)。圖1描述了本文所提出的自適應(yīng)加權(quán)和算法的總體流程以及基本概念。首先根據(jù)加權(quán)和算法得到一組起始解，如圖1（a）所示，通過計(jì)算目標(biāo)前沿空間上相鄰解的距離來確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域，如圖1（b）所示，該圖中確定了兩個需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域。在確定需要進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域分別在平行于兩個目標(biāo)方向上添加額外的約束，如圖1（c）所示，在該圖中向減小方向J1添加的約束為1，J2減小方向添加的約束為2。對細(xì)化后添加完約束的區(qū)域用加權(quán)和算法優(yōu)化，得出新解，如圖1（d）所示，其中加權(quán)和算法求解最優(yōu)解時采用Matlab中的fmincon函數(shù)。從該圖中可看出，細(xì)化區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了新解，Pareto前沿上解的分布較之前更加均勻，且求出了凹區(qū)域內(nèi)的解，繼續(xù)細(xì)化能夠找出更多的解，Pareto前沿上的解也將分布地更加均勻。自適應(yīng)加權(quán)和算法的流程圖如圖2所示。

2 兩級運(yùn)放設(shè)計(jì)實(shí)例

以一個帶米勒補(bǔ)償?shù)膬杉夁\(yùn)放[4]為例，說明自適應(yīng)加權(quán)和算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。兩級運(yùn)放電路圖如圖3所示。

電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所列。

電路優(yōu)化過程中采用工作點(diǎn)驅(qū)動[5，6]的設(shè)計(jì)方法，電路的設(shè)計(jì)變量為電路直流工作點(diǎn)上一組獨(dú)立的電壓、電流。電路性能通過方程獲得，但方程中的小信號參數(shù)通過對工藝庫進(jìn)行模糊邏輯建模[7，8]得到，使得計(jì)算速度提高的同時保證了計(jì)算精度。兩級運(yùn)放電路的優(yōu)化結(jié)果如圖4所示。

圖為算法迭代五代后的優(yōu)化結(jié)果，由圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過五代的優(yōu)化迭代，求出的最優(yōu)解在Pareto前沿上分布均勻。在同一電路中，單位增益帶寬的增加與擺率的增加都會使功耗增加，而電路功耗降低導(dǎo)致的結(jié)果是電路的面積增加，或通過犧牲面積來換取低功耗，犧牲面積換取電路的帶寬增加。這些結(jié)果與電路理論相吻合，同時也再次說明了模擬電路設(shè)計(jì)過程中的折衷以及模擬集成電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

3 結(jié) 語

自適應(yīng)加權(quán)和算法能求出位于凹區(qū)間內(nèi)的最優(yōu)解，并且最優(yōu)解分布均勻。本文通過兩級運(yùn)放電路驗(yàn)證了算法的優(yōu)化效果，最終得到了滿意的優(yōu)化結(jié)果。

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【關(guān)鍵詞】集成電路設(shè)計(jì)大賽；創(chuàng)新；教育

IC Design Contest and Developing Innovative Ability

WANG Jinhui HOU Ligang GENG Shuqin YUAN Ying LI Jianjun

Beijing University of Technology

College of Electronic Information and Control Engineering，100124，China

Abstract：Innovation is the soul of a nation's progress and is an inexhaustible force for flourishing nation.IC design contest has four important functions in the university education.They are，respectively，IC design contest enable student to self-learn，innovate，and practise；IC design contest makes potential talents in technological innovation to be discovered and developed；IC design contest broadens employment areas for students；IC design contest improves the quality of university teaching.

Keyword：IC design contest；Innovation；Education

2011年9月18日，由北京電子協(xié)會主辦的北京集成電路設(shè)計(jì)大賽如期舉行，來自首都及天津地區(qū)高等院校微電子專業(yè)的200名大學(xué)生和研究生進(jìn)行了筆試、電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)等競賽單元的激烈角逐，爭奪最終的各項(xiàng)大獎。本次集成電路設(shè)計(jì)大賽是面向大學(xué)生和研究生的專業(yè)性科技活動，是考察學(xué)生集成電路專業(yè)理論知識和解決實(shí)際問題能力的比賽，調(diào)動了廣大學(xué)生學(xué)習(xí)集成電路學(xué)科專業(yè)知識的積極性。集成電路設(shè)計(jì)大賽有利于促進(jìn)學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展，提高高校教學(xué)質(zhì)量；促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和高校培養(yǎng)質(zhì)量的提高；有利于增加學(xué)校的知名度；有利于增強(qiáng)學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)良好學(xué)風(fēng)；但是，從根本上講，此次大賽引導(dǎo)和帶動了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，開辟了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新路徑。

同志在全國科學(xué)技術(shù)大會上指出：“創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力?！苯ㄔO(shè)高水平的高等教育人才培養(yǎng)體系，其關(guān)鍵和核心問題是培養(yǎng)和造就在各個專業(yè)中具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格并最終能夠取得創(chuàng)新成果的創(chuàng)新型人才。我國歷史悠久，傳統(tǒng)教育模式如今仍根深蒂固，即使在高等教育中也一直存在著重繼承輕創(chuàng)新、重知識輕能力和重理論輕實(shí)踐的教育觀。只強(qiáng)調(diào)課本知識的課堂傳授，忽視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)活動。由于這種教育理念的影響，教師會填鴨式的教學(xué)，只注重學(xué)生考試成績的好壞，培養(yǎng)出來的學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力較差、繼續(xù)學(xué)習(xí)能力欠缺，達(dá)不到書本知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的要求，滿足不了當(dāng)今高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會對新時期大學(xué)生和研究生的需求。面對此種窘境，學(xué)生開始渴望有機(jī)會參加理論學(xué)習(xí)之外的實(shí)踐學(xué)習(xí)，渴望進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)、創(chuàng)新研究和創(chuàng)新活動，尤其和工業(yè)實(shí)際聯(lián)系比較緊密的集成電路專業(yè)，學(xué)生對這方面的需求更加強(qiáng)烈，集成電路設(shè)計(jì)大賽有著常規(guī)教學(xué)所不及的培養(yǎng)功能，參賽的各個高校的指導(dǎo)教師已基本形成共識，即集成電路設(shè)計(jì)大賽在高校集成電路創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的引領(lǐng)作用不可替代。大賽在人才培養(yǎng)中的重要作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，集成電路設(shè)計(jì)大賽提高了學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。學(xué)好基本理論和掌握專業(yè)技能，為將來的職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是大學(xué)生和研究生在高校中的主要任務(wù)。但是填鴨式的教學(xué)使許多學(xué)生只能處于被動選擇、被動接受和被動學(xué)習(xí)的地位。其習(xí)得的理論和技能與實(shí)踐脫節(jié)，這大大影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。非常不利于學(xué)生的個性、潛能和興趣的發(fā)揮。集成電路設(shè)計(jì)大賽把課堂教學(xué)延伸到實(shí)際工作之中，這樣，學(xué)生可以根據(jù)自己的特長和愛好，經(jīng)過閱讀、討論和實(shí)踐等環(huán)節(jié)，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生對創(chuàng)新活動的濃厚興趣。大賽題目符合集成電路專業(yè)教學(xué)的基本要求，重視知識點(diǎn)和系統(tǒng)性相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的動手能力。因此，通過大賽不僅可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力、自主學(xué)習(xí)的能力、解決問題的能力、綜合分析能力、科技論文寫作能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以及理論聯(lián)系實(shí)際和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。很多學(xué)生由于參與大賽，懂得了團(tuán)結(jié)合作、共同進(jìn)步、取長補(bǔ)短的重要性，所以大賽也培養(yǎng)了學(xué)生的人格。

第二，通過集成電路設(shè)計(jì)大賽，發(fā)掘了大批在科技創(chuàng)新方面有潛力的優(yōu)秀大學(xué)生和研究生。大賽以當(dāng)今快速發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)為背景，對學(xué)生在實(shí)際動手能力、策劃能力、協(xié)調(diào)組織能力等方面提出了更高的要求。所以，大賽極大的激發(fā)了學(xué)生求知欲和創(chuàng)造欲，為學(xué)生提供了一個施展才能的空間和科學(xué)實(shí)踐的舞臺。大賽既考驗(yàn)了廣大學(xué)生是否具有堅(jiān)定的信念、頑強(qiáng)的意志、敢于迎難而上和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神等優(yōu)秀素質(zhì)，也檢驗(yàn)了它們的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神?？梢哉f，大賽對學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)、意志的磨煉是課本上沒有的，是課堂教學(xué)所遠(yuǎn)不能及的。因而通過此次集成電路設(shè)計(jì)大賽，大批大學(xué)生和研究生的精英脫穎而出，并被廣泛關(guān)注。

第三，集成電路設(shè)計(jì)大賽為學(xué)生就業(yè)拓寬了渠道。大賽為優(yōu)秀人才的脫穎而出提供了專門舞臺。通過集成電路設(shè)計(jì)大賽，能夠發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在科技創(chuàng)新方面有作為、有潛力的優(yōu)秀人才，這樣一方面學(xué)生以大賽成績作為自己就業(yè)能力的證明，增加就業(yè)的籌碼；另一方面，企業(yè)可以通過大賽選拔人才，組委會和高校也可以通過大賽吸引知名企業(yè)前來觀摩，從而推薦大賽成績優(yōu)異者，這也為高校部分解決了就業(yè)問題。在大賽的研討會上，很多公司的代表都表示，非常愿意吸收獲得優(yōu)異成績的參賽者，進(jìn)入企業(yè)的研發(fā)一線，所以集成電路設(shè)計(jì)大賽達(dá)到了企業(yè)、學(xué)生和高校的三贏，但收獲最大的還是學(xué)生本身。

第四，集成電路設(shè)計(jì)大賽具有促進(jìn)高校學(xué)風(fēng)建設(shè)、學(xué)科和專業(yè)建設(shè)，提高教學(xué)質(zhì)量的功能。高校學(xué)風(fēng)是大學(xué)生和研究生在求知目的、治學(xué)態(tài)度、認(rèn)識方法等方面長期形成的具有一定穩(wěn)定性和持續(xù)性的精神傾向、心理特征的綜合外在表現(xiàn)形式。集成電路設(shè)計(jì)大賽要求學(xué)生具有扎實(shí)的基本功，實(shí)事求是的態(tài)度，學(xué)生為了適應(yīng)大賽的要求在大賽準(zhǔn)備階段必須刻苦努力，腳踏實(shí)地，自然學(xué)風(fēng)大為改善。在高校，以何為基點(diǎn)科學(xué)地制定學(xué)科發(fā)展規(guī)劃，是學(xué)科建設(shè)的核心問題，集成電路設(shè)計(jì)大賽能夠有效地檢驗(yàn)基點(diǎn)適當(dāng)與否，起到了晴雨表和校正儀的作用。大賽的成績能有效地反映學(xué)校的辦學(xué)水平、人才培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)特色、人才培養(yǎng)質(zhì)量，以及專業(yè)建設(shè)、課程體系建設(shè)、教學(xué)方法、教學(xué)手段等內(nèi)容。大賽的功效之一，就在于它能夠發(fā)現(xiàn)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的問題和不足，從而促使我們調(diào)整學(xué)科布局、完善學(xué)科組織、加強(qiáng)學(xué)科隊(duì)伍、建設(shè)學(xué)科基地、建立學(xué)科制度、營造學(xué)科環(huán)境等。

總之，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是當(dāng)今建設(shè)高水平大學(xué)的核心任務(wù)之一，刻不容緩，而又任重而道遠(yuǎn)。組織引導(dǎo)學(xué)生參加集成電路設(shè)計(jì)大賽，無疑是一條極佳的實(shí)現(xiàn)途徑。而高校要做的工作是把日常教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)、甚至學(xué)生就業(yè)等與集成電路設(shè)計(jì)大賽進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，逐步實(shí)現(xiàn)以大賽為依托、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

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篇(7)

關(guān)鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來的一門新的技術(shù)。微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。微電子產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)有著巨大貢獻(xiàn)，并滲透到其他很多學(xué)科，是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。作為電子通信類高校，南京郵電大學(xué)建校近50年來，正朝著信息科技類大學(xué)進(jìn)軍。隨著電子、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外都需要大量的微電子學(xué)人才，我校成立微電子學(xué)專業(yè)，旨在為我國的ASIC設(shè)計(jì)方面，培養(yǎng)急需的人才[1-6]。我國“十五”計(jì)劃綱要明確提出大力發(fā)展半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)，為了滿足社會的發(fā)展和需求，我校微電子專業(yè)成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學(xué)校各級領(lǐng)導(dǎo)的重視和關(guān)心下，專業(yè)建設(shè)取得了飛速發(fā)展。本科人才培養(yǎng)方案是各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格以及培養(yǎng)過程和方式的總體設(shè)計(jì)，是學(xué)校組織本科教學(xué)、規(guī)范教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的綱領(lǐng)性文件，對人才培養(yǎng)質(zhì)量具有決定性的影響。當(dāng)今的高校教育不僅需要培養(yǎng)大量理論基礎(chǔ)較扎實(shí)、具有開拓創(chuàng)新精神的專業(yè)型人才，也更需要培養(yǎng)大量工程應(yīng)用型人才。所謂“應(yīng)用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發(fā)展的，能夠?qū)I(yè)知識和技能應(yīng)用于所從事的專業(yè)社會實(shí)踐的高級專門人才?！皯?yīng)用型人才培養(yǎng)模式是以能力為中心，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型專門人才為目標(biāo)的”。它更加注重的是實(shí)踐性、應(yīng)用性和技術(shù)性。即基礎(chǔ)知識比高職高專學(xué)生深厚、實(shí)踐能力比傳統(tǒng)本科生強(qiáng)，是本科應(yīng)用型人才最本質(zhì)的特征。本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是根據(jù)社會、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的需要，在一定的教育思想指導(dǎo)下，人才培養(yǎng)目標(biāo)、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。

二、深化完善本科教學(xué)體系改革的措施探討

人才培養(yǎng)方案制（修）訂工作對于學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、進(jìn)一步深化完善本科教學(xué)體系改革具有重要意義，人才培養(yǎng)方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要，認(rèn)真落實(shí)教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見等文件要求，不斷適應(yīng)國家和社會發(fā)展需要，進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)過程，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。具體的改革措施探討如下。

1.進(jìn)一步明確本專業(yè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、開展人才培養(yǎng)工作的總體設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，為全面貫徹教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見，以執(zhí)行最新頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置管理規(guī)定為契機(jī)，推動我校新一輪專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，以不斷適應(yīng)知識經(jīng)濟(jì)、科技、社會發(fā)展對各類高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需要，根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實(shí)際，及時總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，構(gòu)建和完善適合我校辦學(xué)指導(dǎo)思想、具有我校辦學(xué)特色的本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，根據(jù)新《目錄》規(guī)定的各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)要求、主干學(xué)科、核心課程、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)、主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)，緊密結(jié)合近年“本科教學(xué)工程”改革實(shí)踐，開展本科專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂。本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要，道德文化素養(yǎng)高，社會責(zé)任感強(qiáng)，身心健康，掌握扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識和必備的專業(yè)知識，具有良好的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、專業(yè)能力和創(chuàng)新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的電子信息科學(xué)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理等工作的專門技術(shù)人才。主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷?、工藝和集成電路設(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。

2.課程設(shè)置進(jìn)一步優(yōu)化。課程的設(shè)置是否合理對人才的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用，尤其是現(xiàn)今提出的對專業(yè)人才的更高要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化課程體系，合理安排課程內(nèi)容。首先，在課程設(shè)置方面，當(dāng)前，南郵本科微電子專業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，取得了不少成績。但世界范圍內(nèi)微電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的特點(diǎn)決定了高校微電子學(xué)科的教學(xué)必須緊緊跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進(jìn)行改革創(chuàng)新。我校的微電子專業(yè)在設(shè)立初期，經(jīng)過各方專家的反復(fù)討論和論證，建立了一套統(tǒng)一的專業(yè)課程和教學(xué)大綱。這套課程滿足該專業(yè)最基本的專業(yè)要求。但由于微電子專業(yè)設(shè)立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設(shè)立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學(xué)仍然是基本上按統(tǒng)一的教學(xué)大綱和教學(xué)要求組織。隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，通達(dá)微電子學(xué)院的設(shè)立，選修微電子專業(yè)課程的學(xué)生人數(shù)不斷增加，原有的教學(xué)課程體系和科目還需要進(jìn)一步細(xì)化、深化、推廣。為此，在課程設(shè)置上，我們必須對已經(jīng)投入使用的培養(yǎng)方案進(jìn)行分析和總結(jié)、不斷地進(jìn)行修訂和完善，將整個學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期在最短的學(xué)時內(nèi)使學(xué)生掌握牢固的知識。最終使學(xué)生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理等方面的基本理論和基本知識；系統(tǒng)掌握量子與固體物理、半導(dǎo)體物理與器件物理、半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)和制造的基本知識，具有獨(dú)立進(jìn)行微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)的基本能力；了解電子信息類專業(yè)的一般原理和知識，受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維的訓(xùn)練，具有本學(xué)科與跨學(xué)科的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)的基本能力；在綜合類實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)中具有較強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)、分析和調(diào)試系統(tǒng)的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對終身學(xué)習(xí)有正確認(rèn)識，具有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力；其次，對于理論課程的內(nèi)容，針對南京郵電大學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和電子科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)際情況，以及本專業(yè)的特色建設(shè)，主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷?、工藝和集成電路設(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)，并考慮學(xué)生畢業(yè)后從事的職業(yè)，根據(jù)工作的要求對教學(xué)中的課程進(jìn)行專項(xiàng)的能力和綜合能力培養(yǎng)。在通識教育類課程中設(shè)置了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)等。專業(yè)教育類課程中設(shè)置了信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)及電工電子實(shí)驗(yàn)等。這些是所有涉及到電類專業(yè)的學(xué)生都必須學(xué)習(xí)的課程。在微電子專業(yè)的專業(yè)課中安排了固體物理、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體集成電路工藝、半導(dǎo)體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎(chǔ)理論課程，是為微電子專業(yè)的學(xué)生打下基本的專業(yè)基礎(chǔ)?？紤]到工程認(rèn)證的需要，在集成電路與CAD的課程設(shè)置上，專門增加了16小時的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和操作技能。在集成電路分析與設(shè)計(jì)的課程設(shè)置中，專門將模擬和數(shù)字分開，設(shè)置了各48小時的模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì)，這不同于其他院校的課程設(shè)置，應(yīng)該也算是我專業(yè)的一個特色和優(yōu)勢。使學(xué)生掌握初步的集成電路設(shè)計(jì)知識，加強(qiáng)了學(xué)生的集成電路分析和設(shè)計(jì)的能力。除了已經(jīng)設(shè)置的32小時的VLSI設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課和32小時的微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)，還增加了32小時的工藝實(shí)驗(yàn)，這也大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)和上機(jī)比例。具體來講，已經(jīng)在建設(shè)的ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上開展了ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，并籌備建立了微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，擁有了一批工作站、計(jì)算機(jī)等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學(xué)會一到兩種EDA工具的使用方法。建設(shè)微電子器件和半導(dǎo)體物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上購置了必要的儀器設(shè)備、編寫了實(shí)驗(yàn)教程、開展了半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)和晶體管測試實(shí)驗(yàn)；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產(chǎn)業(yè)前端和后端工序的微電子實(shí)驗(yàn)課程體系。開展了器件和工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。掌握一定微電子實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ俏㈦娮訉I(yè)本科生應(yīng)當(dāng)具備的基本素質(zhì)。在微電子專業(yè)的專業(yè)選修課中設(shè)置了VLSI版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)、MEMS與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等各個方面。更好地體現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向和目標(biāo)。再者，實(shí)踐課程的內(nèi)容上，由于微電子專業(yè)是一個實(shí)踐性較強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容多的專業(yè)，從集成電路的生成流程來看，其實(shí)踐內(nèi)容包括系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、實(shí)際流片和測試。實(shí)踐課程的設(shè)置對培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力、判斷能力和創(chuàng)新能力極為關(guān)鍵；需要工程認(rèn)證的專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程必須要達(dá)到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)微電子和半導(dǎo)體測試實(shí)驗(yàn)課，在培養(yǎng)學(xué)生理論知識的同時，加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ)，又有一定動手能力的全面發(fā)展的學(xué)生。在實(shí)踐型環(huán)節(jié)的課程設(shè)置中，通識基礎(chǔ)課和學(xué)科基礎(chǔ)課中安排了電類學(xué)科所必須的程序設(shè)計(jì)、電裝實(shí)習(xí)、電子電路課程設(shè)計(jì)等。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，設(shè)置了軟件設(shè)計(jì)、微電子課程設(shè)計(jì)等，尤其是微電子課程設(shè)計(jì)，將進(jìn)行較大的改革，要求改革后設(shè)計(jì)內(nèi)容都是與本專業(yè)緊密相關(guān)，全面運(yùn)用到所學(xué)的專業(yè)知識。

3.師資隊(duì)伍的建設(shè)。本專業(yè)現(xiàn)在擁有專業(yè)教師14名，完全滿足本科的專業(yè)教學(xué)需要，但從事集成電路設(shè)計(jì)方向的老師比較缺乏。還有，學(xué)生的個性不同，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學(xué)生的未來發(fā)展面臨很大挑戰(zhàn)，學(xué)生的需求隨之呈現(xiàn)多樣化。因此，多元化的培養(yǎng)規(guī)格應(yīng)當(dāng)成為共識。將學(xué)生的具體情況和社會需求相結(jié)合，這就要求我們必須打破現(xiàn)有的統(tǒng)一模式，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際和社會需求建立多樣化的課程體系，實(shí)施分類教學(xué)，在保證打好扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)的前提下，設(shè)立盡可能多的適應(yīng)當(dāng)今社會發(fā)展的方向性課程。建立既具有深厚扎實(shí)的理論知識功底，又具有精通實(shí)踐、有很強(qiáng)的動手操作能力和解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的教師隊(duì)伍迫在眉睫。近幾年，我學(xué)院在引進(jìn)高水平的師資力量方面進(jìn)行了不懈的努力，微電子專業(yè)教師的隊(duì)伍在不斷擴(kuò)大，教師的專業(yè)方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地?fù)?dān)任各主要方向的專業(yè)課教學(xué)。但仍然缺乏學(xué)科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業(yè)平臺，學(xué)術(shù)梯隊(duì)。這就要加速建設(shè)學(xué)科帶頭人、重點(diǎn)骨干教師和優(yōu)秀青年教師4個層次的學(xué)術(shù)梯隊(duì)。通過培養(yǎng)和引進(jìn)，形成一批整體素質(zhì)高、學(xué)術(shù)實(shí)力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、具有團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，使其在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項(xiàng)目，積累一定的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內(nèi)外高校去做訪問學(xué)者，積極參加國內(nèi)外舉辦的國際會議，從而了解專業(yè)的最新發(fā)展、前沿問題，開闊眼界。

三、小結(jié)

總的來說，微電子學(xué)是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實(shí)際，及時總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點(diǎn)和優(yōu)勢，以通信集成電路設(shè)計(jì)為主要方向，同時兼顧工藝設(shè)計(jì)與器件設(shè)計(jì)。相信通過培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、師資等各方面的建設(shè)，一定會培養(yǎng)出高質(zhì)量的微電子學(xué)領(lǐng)域人才，為我國的微電子工業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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