集成電路版圖設計范文

導語：如何才能寫好一篇集成電路版圖設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

 

集成電路(IntegratedCircuit)產業是典型的知識密集型、技術密集型、資本密集和人才密集型的高科技產業，是關系國民經濟和社會發展全局的基礎性、先導性和戰略性產業，是新一代信息技術產業發展的核心和關鍵，對其他產業的發展具有巨大的支撐作用。經過30多年的發展，我國集成電路產業已初步形成了設計、芯片制造和封測三業并舉的發展格局，產業鏈基本形成。但與國際先進水平相比，我國集成電路產業還存在發展基礎較為薄弱、企業科技創新和自我發展能力不強、應用開發水平急待提高、產業鏈有待完善等問題。在集成電路產業中，集成電路設計是整個產業的龍頭和靈魂。而我國集成電路設計產業的發展遠滯后于計算機與通信產業，集成電路設計人才嚴重匱乏，已成為制約行業發展的瓶頸。因此，培養大量高水平的集成電路設計人才，是當前集成電路產業發展中一個亟待解決的問題，也是高校微電子等相關專業改革和發展的機遇和挑戰。[1_4]

 

一、集成電路版圖設計軟件平臺

 

為了滿足新形勢下集成電路人才培養和科學研究的需要，合肥工業大學(以下簡稱"我?！睆?005年起借助于大學計劃。我校相繼開設了與集成電路設計密切相關的本科課程，如集成電路設計基礎、模擬集成電路設計、集成電路版圖設計與驗證、超大規模集成電路設計 、 ASIC設計方法、硬件描述語言等。同時對課程體系進行了修訂，注意相關課程之間相互銜接，關鍵內容不遺漏，突出集成電路設計能力的培養，通過對課程內容的精選、重組和充實，結合實驗教學環節的開展，構成了系統的集成電路設計教學過程。56]

 

集成電路設計從實現方法上可以分為三種：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可編程器件設計。全定制集成電路設計，特別是其后端的版圖設計,涵蓋了微電子學、電路理論、計算機圖形學等諸多學科的基礎理論，這是微電子學專業的辦學重要特色和人才培養重點方向，目的是給本科專業學生打下堅實的設計理論基礎。

 

在集成電路版圖設計的教學中，采用的是中電華大電子設計公司設計開發的九天EDA軟件系統(ZeniEDASystem),這是中國唯1的具有自主知識產權的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統兼容，支持百萬門級的集成電路設計規模，可進行國際通用的標準數據格式轉換，它的某些功能如版圖編輯、驗證等已經與國際產品相當甚至更優，已經在商業化的集成電路設計公司以及東南大學等國內二十多所高校中得到了應用，特別是在模擬和高速集成電路的設計中發揮了強大的功能，并成功開發出了許多實用的集成電路芯片。

 

九天EDA軟件系統包括設計管理器，原理圖編輯器，版圖編輯工具，版圖驗證工具，層次版圖設計規則檢查工具，寄生參數提取工具，信號完整性分析工具等幾個主要模塊，實現了從集成電路電路原理圖到版圖的整個設計流程。

 

二、集成電路版圖設計的教學目標

 

根據培養目標結合九天EDA軟件的功能特點，在本科生三年級下半學期開設了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設計課程。

 

在集成電路版圖設計的教學中，首先對集成電路設計的_些相關知識進行回顧，介紹版圖設計的基礎知識，如集成電路設計流程，CMOS基本工藝過程，版圖的基本概念，版圖的相關物理知識及物理結構，版圖設計的基本流程，版圖的總體設計，布局規劃以及標準單元的版圖設計等。然后結合上機實驗，講解Unix和Linux操作系統的常用命令，詳細闡述基于標準單元庫的版圖設計流程，指導學生使用ZeniSE繪制電路原理圖，使用ZeniPDT進行NMOS/PMOS以及反相器的簡單版圖設計。在此基礎上，讓學生自主選擇_些較為復雜的單元電路進行設計，如數據選擇器、MOS差分放大器電路、二四譯碼器、基本RS觸發器、六管MOS靜態存儲單元等，使學生能深入理解集成電路版圖設計的概念原理和設計方法。最后介紹版圖驗證的基本思想及實現，包括設計規則的檢查(DRC),電路參數的檢查(ERC),網表一致性檢查(LVS),指導學生使用ZeniVERI等工具進行版圖驗證、查錯和修改。7]

 

集成電路版圖設計的教學目標是：

 

第熟練掌握華大EDA軟件的原理圖編輯器ZeniSE、版圖編輯模塊ZeniPDT以及版圖驗證模塊ZeniVER丨等工具的使用;了解工藝庫的概念以及工藝庫文件technology的設置，能識別基本單元的版圖，根據版圖信息初步提取出相應的邏輯圖并修改，利用EDA工具ZSE畫出電路圖并說明其功能，能夠根據版圖提取單元電路的原理圖。

 

第二，能夠編寫設計版圖驗證命令文件(commandfile)。版圖驗證需要四個文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)來支持，要求學生能夠利用ZeniVER丨進行設計規則檢查DRC驗證并修改版圖、電學規則檢查(ERC)、版圖網表提取(NE)、利用LDC工具進行LVS驗證，利用LDX工具進行LVS的查錯及修改等。

 

第三，能夠基本讀懂和理解版圖設計規則文件的含義。版圖設計規則規定了集成電路生產中可以接受的幾何尺寸要求和可以達到的電學性能，這些規則是電路設計師和工藝工程師之間的_種互相制約的聯系手段，版圖設計規則的目的是使集成電路設計規范化，并在取得最佳成品率和確保電路可靠性的前提下利用這些規則使版圖面積盡可能做到最小。

 

第四，了解版圖庫的概念。采用半定制標準單元方式設計版圖，需要有統一高度的基本電路單元版圖的版圖庫來支持，這些基本單元可以是不同類型的各種門電路，也可以是觸發器、全加器、寄存器等功能電路，因此，理解并學會版圖庫的建立也是版圖設計教學的一個重要內容。

 

三、CMOS反相器的版圖設計的教學實例介紹

 

下面以一個標準CMOS反相器來簡單介紹一下集成電路版圖設計的一般流程。

 

1.內容和要求

 

根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，初步確定其版圖;使用EDA工具PDT打開版圖編輯器;在版圖編輯器上依次畫出P管和N管的有源區、多晶硅及接觸孔等;完成必要的連線并標注輸入輸出端。

 

2.設計步驟

 

根據CMOS反相器的原理圖和剖面圖，在草稿紙上初步確定其版圖結構及構成;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt,進入ZeniPDT版圖編輯器;讀懂版圖的層次定義的文件，確定不同層次顏色的對應，熟悉版圖編輯器各個命令及其快捷鍵的使用;在版圖編輯器上初步畫出反相器的P管和N管;檢查畫出的P管和N管的正確性，并作必要的修改，然后按照原理圖上的連接關系作相應的連線，最后檢查修改整個版圖。

 

3.版圖驗證

 

打開終端，進入zse文件夾，鍵入zse,進入ZeniSE原理圖編輯器，正確畫出CMOS反相器的原理圖并導出其網表文件;調出版圖設計的設計規則文件，閱讀和理解其基本語句的含義，對其作相應的路徑和文件名的修改以滿足物理驗證的要求;打開終端，進入pdt文件夾，鍵入pdt，進入ZeniPDT版圖編輯器，調出CMOS反相器的版圖，在線進行DRC驗證并修改版圖;對網表一致性檢查文件進行路徑和文件名的修改，利用LDC工具進行LVS驗證;如果LVS驗證有錯，貝懦要調用LDX工具，對版圖上的錯誤進行修改。

 

4.設計提示

 

要很好的理解版圖設計的過程和意義，應對MOS結構有一個深刻的認識;需要對器件做襯底接觸，版圖實現上襯底接觸直接做在電源線上;接觸孔的大小應該是一致的，在不違反設計規則的前提下,接觸孔應盡可能的多，金屬的寬度應盡可能寬;繪制圖形時可以多使用〃復制"操作，這樣可以大大縮小工作量，且設計的圖形滿足要求并且精確;注意P管和N管有源區的大小，一般在版圖設計上，P管和N管大小之比是2:1;注意整個版圖的整體尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的層次之間應該保持一定的距離，層次本身的寬度的大小要適當，以滿足設計規則的要求。四、基本MOS差分放大器版圖設計的設計實例介紹在基本MOS差分放大器的版圖設計中，要求學生理解構成差分式輸入結構的原理和組成結構，畫出相應的電路原理圖，進行ERC檢查，然后根據電路原理圖用PDT工具上繪制與之對應的版圖。當將基本的版圖繪制好之后，對版圖里的輸入、輸出端口以及電源線和地線進行標注，然后利用幾何設計規則文件進行在線DRC驗證，利用版圖與電路圖的網表文件進行LVS檢查，修改其中的錯誤并優化版圖，最后全部通過檢查，設計完成。

 

五、結束語

 

集成電路版圖設計的教學環節使學生鞏固了集成電路設計方面的理論知識，提高了學生在集成電路設計過程中分析問題和解決問題的能力，為今后的職業生涯和研究工作打下堅實的基礎。因此，在今后的教學改革工作中，除了要繼續提高教師的理論教學水平外，還必須高度重視以EDA工具和設計流程為核心的實踐教學環節，努力把課堂教學和實際設計應用緊密結合在一起，培養學生的實際設計能力，開闊學生的視野，在實驗項目和實驗內容上進行新的探索和實踐。

 

參考文獻：

 

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[4]肖功利，楊宏艷.微電子學專業丨C設計人才培養主干課程設置[J].桂林電子科技大學學報,2009,(4):338-340.

 

[5]竇建華，毛劍波，易茂祥九天”EDA軟件在"中國芯片工程〃中的作用[J].合肥工業大學學報(社會科學版),2008,(6):154-156.

 

[6]易茂祥，毛劍波，楊明武，等.基于華大EDA軟件的實驗教學研究[J].實驗科學與技術，2006,(5):71-73.

篇2

關鍵詞：版圖設計；九天EDA系統；D觸發器

Full-Custom Layout Design Based on the Platform

of Zeni EDA System

YANG Yi-zhong , XIE Guang-jun, Dai Cong-yin

（Dept. of Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China）

Abstract: Layout of D flip-flop based on some basic units such as inverter has been designed by using platform of Zeni EDA software system produced by China Integrated Circuit Design Center, adopting 0.6um Si-gate CMOS process, following a full-custom IC design flow of back-end, i.e. the construction of basic cell libraries, placement & routing and then layout verification, which is used for data collection unit. Layout design technique about elementary logic gate of digital circuit has been discussed in detail. The layout has been used in an IC. The result shows that design using Zeni EDA software system satisfies design requirement exactly.

Key words: layout design; Zeni EDA system; D flip-flop

1引言

集成電路（Integrated Circuit，IC）把成千上萬的電子元件包括晶體管、電阻、電容甚至電感集成在一個微小的芯片上。集成電路版圖設計的合理與否、正確與否直接影響到集成電路產品的最終性能[1]。目前，集成電路版圖設計的EDA （ Electronic Design Automation）工具較多，但主流的集成電路版圖設計的EDA工具價格昂貴，而我國自主開發的九天EDA系統，具有很高的性價比，為我們提供了理想的集成電路設計工具。

2基本概念

2.1 版圖

版圖是將三維的立體結構轉換為二維平面上的幾何圖形的設計過程，是一組相互套合的圖形，各層版圖相應于不同的工藝步驟，每一層版圖用不同的圖案來表示。它包括了電路尺寸、各層拓撲定義等器件的相關物理信息，是設計者交付給代工廠的最終輸出。

2.2 版圖設計

它將電路設計中的每一個元器件包括晶體管、電阻、電容等以及它們之間的連線轉換成集成電路制造所需要的版圖信息。主要包括圖形劃分、版圖規劃、布局布線及壓縮等步驟[2]。版圖設計是實現集成電路制造的必不可少的環節，它不僅關系到集成電路的功能是否正確，而且會在一定程度上影響集成電路的性能、面積、成本與功耗及可靠性等[3]。版圖設計是集成電路從設計走向制造的橋梁。

2.3 集成電路版圖實現方法

集成電路版圖實現方法可以分為全定制（Full-Custom）設計和半定制（Semi-Custom）設計[4]。半定制設計方法包括門陣列設計方法、門海設計方法、標準單元設計方法、積木塊設計方法及可編程邏輯器件設計方法等。全定制設計方法是利用人機交互圖形系統，由版圖設計人員從每一個半導體器件的圖形、尺寸開始設計，直至整個版圖的布局和布線。全定制設計的特點是針對每一個元件進行電路參數和版圖參數的優化，可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸，有利于提高集成度和降低生產成本。隨著設計自動化的不斷進步，全定制設計所占比例逐年下降[5]。

3九天EDA系統簡介

華大電子推廣的應用的九天EDA系統是我國自主研發的大規模集成電路設計EDA工具，與國際上主流EDA系統兼容，支持百萬門級的集成電路設計規模，可進行國際通用的標準數據格式轉換，它已經在商業化的集成電路設計公司以及東南大學等國內二十多所高校中得到了應用，特別是在模擬和高速集成電路的設計中發揮了作用，成功開發出了許多實用的集成電路芯片[6]。其主要包括下面幾個部分[7]：ZeniSE（ Schematic Editor）原理圖編輯工具，它可以進行EDIF格式轉換，支持第三方的Spice仿真嵌入； ） ZeniPDT （ Physical Design Tool）版圖編輯工具；它能提供多層次、多視窗、多單元的版圖編輯功能，同時能夠支持百萬門規模的版圖編輯操作；ZeniVERI （ Physical Design Verification Tools）版圖驗證工具它可以進行幾何設計規則檢查（DRC） 、電學規則檢查（ ERC） 及邏輯圖網表和版圖網表比較（LVS）等。

版圖設計用到的工具模塊是ZeniPDT，它具備層次化編輯和在線設計規則檢查能力，并提供標準數據寫出接口。其設計流程如圖1所示[8]，

4設計實例

任何一個CMOS數字電路系統都是由一些基本的邏輯單元（非門、與非門、或非門等）組成，而基本單元版圖的設計是基于晶體管級的電路圖設計的。因而在版圖設計中，主要涉及到如何設計掩膜版的形狀、如何排列晶體管、接觸孔的位置的安排以及信號引線的位置安排等。以下以一個用于數據采集的D觸發器為例進行設計。

4.1 D觸發器電路圖及工作原理

D觸發器電路圖，如圖2所示，此電路圖是通過九天EDA系統工具的ZSE模塊構建的，其基本工作原理是：首先設置CLB=1。當時鐘信號CLK=0時，DATA信號通過導通的TG1進入主寄存器單元，從寄存器由于TG4的導通而形成閉合環路，鎖存原來的信號，維持輸出信號不變。當CLK從0跳變到1時，主寄存器單元由于TG2的導通而形成閉合回路，鎖存住上半拍輸入的DATA信號，這個信號同時又通過TG3經一個與非門和一個反相器到達Q端輸出。當CLK再從1跳變到0時，D觸發器又進入輸入信號并鎖存原來的輸出狀態。對于記憶單元有時必須進行設置，電路中的CLB信號就擔當了觸發器置0 的任務。當CLB=0時，兩個與非門的輸出被強制置到1，不論時鐘處于0還是1，輸出端Q均被置為0。

4.2 D觸發器子單元版圖設計

圖2所示的D觸發器由五個反相器、兩個與非門、兩個傳輸門和兩個鐘控反相器組成。選擇適當的邏輯門單元版圖，用這些單元模塊構成D觸發器。

對于全定制的集成電路版圖設計，需要工作平臺，包括設計硬件、設計使用的EDA軟件以及版圖設計的工藝文件和規則文件。此D觸發器的設計硬件是一臺SUN Ultra10工作站，設計軟件是九天EDA系統，采用0.6um硅柵CMOS工藝。

CMOS反相器是數字電路中最基本單元，由一對互補的MOS管組成。上面為PMOS管（負載管），下面為NMOS管（驅動管）。由反相器電路的邏輯“非”功能可以擴展出“與非”、“或非”等基本邏輯電路，進而得到各種組合邏輯電路和時序邏輯電路。

在電路圖中，各器件端點之間所畫的線表示連線，可以用兩條線的簡單交叉來表示。但對于具體的物理版圖設計，必須關心不同連線層之間物理上的相互關系。在硅CMOS工藝中，不能把N型和 P型擴散區直接連接。因此，在物理結構上必須有一種實現簡單的漏極之間的連接方法。例如，在物理版圖中至少需要一條連線和兩個接觸孔。這條連線通常采用金屬線?？傻萌鐖D3（a）所示的反相器的局部的符號電路版圖。同理，可以通過金屬線和接觸孔制作MOS管源端連接到電源VDD和地VSS的簡單連線，如圖3（b）所示。電源線和地線通常采用金屬線，柵極連接可以用簡單的多晶硅條制作。圖3（c）給出了最后的符號電路版圖。

通過九天版圖設計工具繪制的反相器版圖如圖4所示。其他基本單元的版圖可依此建立。

4.3 D觸發器版圖設計

先建立一個名為DFF的庫，然后把建立的各個單元版圖保存在DFF庫中，同時在庫中建立名為dff的新單元。調用各子單元，并進行相應D觸發器的版圖布局，接著就是單元間的連線。主要用到的層是金屬1、金屬2和多晶硅進行連接布線。接觸孔是用來連接有源區和金屬1，通孔用來連接金屬1和金屬2，多晶硅和多晶硅以及相同層金屬之間可以直接連接。版圖設計完成后，再利用版圖驗證工具ZeniVERI對該版圖進行了版圖驗證。最后，經過驗證后D觸發器的版圖如圖5所示。

5結語

在分析CMOS 0.6um設計規則和工藝文件后，采用九天EDA系統，以D觸發器為例進行了版圖設計。實踐表明，九天EDA系統工具具有很好的界面和處理能力。該版圖已用于相關芯片的設計中，設計的D觸發器完全符合設計要求。

參考文獻

[1] Chen A, Chen V, Hsu C. Statistical multi-objective optimization and its application to IC layout design for E-tests[C]. 2007 International Symposium on Semiconductor Manufacturing, ISSM - Conference Proceedings, 2007, 138-141.

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[6] 易茂祥, 毛劍波, 楊明武等. 基于華大EDA軟件的實驗教學研究[J]. 實驗科學與技術, 2006, 5:71-72.

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[8] 施敏, 徐晨. 基于九天EDA系統的集成電路版圖設計[J]. 南通工學院學報（自然科學版） , 2004, 3 （4）:101-103.

篇3

關鍵詞：工程需求；集成電路設計；實踐；驗證

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

集成電路設計是學科交叉特性顯著的一個學科，且其發展日新月異，技術更新非常快，而其主要的更新點體現在工藝水平、設計思想和設計手段上。例如，在設計SOC等大規模集成電路時，設計者首先要全方位地把握系統的主體框架，另外還要注重各個環節中的細節，有效利用EDA軟件來精確地實現設計并驗證其正確性。目前大多數高校開設的集成電路設計課程融入了多媒體教學，但多媒體教學多局限于PPT課件教學，雖然在教學內容上與過去的板書教學相比得到了很大的擴充，但從教學體系上說對于工程化設計流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點的介紹相對來說較為孤立，學生對所學知識的理解無法融會貫通，對工程化設計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為主，存在實踐環節過少、實踐環節不成完備體系等問題。學生工程實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屆學生進行培訓；學生容易產生挫折情緒，不能快速適應崗位需求。本教改通過對目前國內急需集成電路設計人才的現狀的思考，對集成電路設計課程的教學進行改革，實施以工程需求為導向，以工程界典型數字集成電路設計和驗證流程為主線的閉環式教學。在國家急需系統級集成電路設計實用型工程人才的指導思想下，在工科院校要培養能為社會所用工程人才的辦學宗旨下，以開發學生潛力、提高學生自主學習積極性為目的，結合用人單位的用人需求，我院集成電路設計課程嘗試閉環教育，即課程的章節設置參照工程界數字集成電路系統的典型設計流程，知識內容涵蓋從設計到流片生產甚至測試的每一個環節，而每一個重要環節都有工程實驗與之相對應，形成完備的閉環知識體系。本教改項目閉環教育可分為理論教育環節和實驗教育環節。

一、理論教育環節

閉環教育中的理論教育以工程界大型數字集成電路設計的典型流程為教學切入點，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，每次進入下一設計階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復出現的設計流程圖，一方面可以加深學生對設計流程的印象；另一方面針對當前內容在流程中出現的位置，突出當前設計階段與系統設計的整體關聯，加強學生對各個設計階段的設計目的、設計方法、EDA軟件中參數設定偏重點的理解。這種教育方法區別于傳統的單純的由點及面的教育方法，避免出現只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細節的同時加強整體觀念。

二、實踐教育環節

實踐教育環節主要是指與理論教育相配套結合的系列實驗。針對每個設計階段都安排相應的較為全面的實驗，與該階段的理論知識形成閉環。而且，所有的實驗基本可按照從系統設計開始到流片、測試的完整設計流程串接起來。

圖1 大型數字集成電路設計的典型流程

實驗指導書撰寫了前端設計內容，在數字集成電路系統初期的系統分析、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、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段；撰寫了后端設計內容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡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進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解。Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能、時序的影響，后仿真時序文件反標的含義；明確后仿真對于保證設計正確性的意義；培養認真負責的驗證思想。

實踐教育環節大致分為前端設計階段、后端設計階段、測試階段。

1.前端設計階段。在數字集成電路系統初期的系統分析、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、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段。

2.后端設計階段。針對數字集成電路的特點，安排面向MPW流片的實驗，介紹將電路轉化為高可靠性版圖的主要步驟。該實驗分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解；③Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能和時序的影響、后仿真時序文件反標的含義，明確后仿真對于保證設計正確性的意義，培養認真負責的驗證思想。

篇4

【關鍵詞】競賽；集成電路；教學改革

Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit

GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong

VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing，China 100124

Abstract：Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea，right organize procedure，a steady preparation，corporation between university and company，teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student，can push Quality Education，can advance the ability of theory and practice，can improve the ability of resolve problem，can cultivate the spirit of creativity，can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.

Keywords：competition；Integrated circuit；teaching reformation

集成電路在社會發展中扮演著非同尋常的角色，幾乎滲透到了各行各業。隨著全球經濟一體化的發展，集成電路的制造與開發中心正逐步向我國轉移。我們肩負重大的歷史使命，是要把我國建設成為集成電路的生產大國進而成為集成電路強國[1]。因此培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京華大九天軟件有限公司致力于開發自主產權的EDA軟件，提供高端的SoC解決方案和一站式設計生產服務，為培養集成電路設計人才提供了很好的軟件平臺。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。對學生來說，競賽為他們提供了一個開闊眼界、互相學習和交流的好機會，這是任何課堂教學都無法替代的；對指導老師來說，競賽可以促進他們轉變陳舊的教學理念，改進落后的課程體系，積極尋求新的教學模式，真正做到教學目標、教學內容和教學方法與時俱進，切實達到面向應用、面向市場、面向社會并最終為社會提供優秀專業人才的最高教學目標[2]。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起了一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖和電路設計能力。本人有幸帶領學生參加了此次比賽，獲得了一些啟示。

1.立足現實，拓寬應用

本次大賽的活動宗旨是豐富微電子學專業學生的專業知識，培養學生理論聯系實際、獨立思考和操作能力，鞏固和加深所學專業知識基礎，推動京津地區高校微電子學專業的交流和發展，并對國產正版EDA軟件的普及和應用起到積極推動作用。

2011年北京大學生集成電路設計大賽分成大學本科和研究生兩個級別（本科生組33個組；研究生33個組），每組3人，進行筆試和上機操作。比賽相關規則：筆試階段，采用閉卷形式，由各參賽隊員獨立完成，最終成績計入小組總分；上機操作，以小組形式參加。

2.正確的指導思想

電子學會組織的此次大學生集成電路大賽立足高，緊密結合教學實際，著重基礎、注重培養實踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導思想。

“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級領導、專家、學者和我校學科部領導、老師及每個參賽隊員的心血與汗水。在比賽的前后，我們的指導思想是：參賽獲獎不是最終目的，深人持久地開展教育教學改革，充分調動學生學習積極性，吸引更多的學生參加各類競賽和科技活動，培養更多的優秀專業人才，才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業，他們對參賽學生的青睞，對于與學校合作的重視，也正是我們學校所渴求的。在參賽中與同行各企業充分交流，學校與企業的緊密結合，才能更清楚市場對優秀畢業生的要求，進而能明確培養目標，并在平時的課程教學中加以滲透，在教學中不斷改進；在參賽中與其他兄弟院校充分分享經驗，不斷學習別人的長處，分析參賽中暴露的共性問題，在教育教學中不斷改進；在參賽中提高教師的指導水平和改進教育教學方法；在參賽中提高學生的綜合素質，培養大批適應現代化建設需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才，才是我們參加北京大學生集成電路設計競賽的最終目的。

3.準備認真，重在過程

承辦方北方工業大學周密的準備工作和熱情的服務為大賽成功舉行創造了良好的外部環境。北方工業大學和華大九天公司組織的集訓為成功參賽奠定了扎實的基礎。

在學科部領導和各位老師的努力下，在實驗室老師的大力協助下，在華大九天公司培訓人員的大力支持下，我們組織了兩個階段的集中培訓，并在培訓的基礎上進行了有針對性的輔導練習，并在參賽前舉行了預賽。這些環節對學生和老師起到了很好的引導和督促作用，保證了良好的訓練環境，營造了積極向上的參賽氛圍。

在電子競賽的準備過程中，適逢暑假，假期長，學生們可以充分利用暑假時間認真復習電子器件、數字電子電路、集成電路分析與設計等課程的理論知識。同時，學生們還學習華大EDA軟件，進行實際電路和版圖繪制上機練習，培養了理論聯系實踐的學風。通過競賽準備，學生需要綜合運用所學知識，解決競賽中遇到的各種問題，提高了運用理論知識解決實際問題的能力。通過競賽準備，磨合了小組間的默契配合和分工，增進了師生情誼，提高了團隊作戰能力。通過競賽準備，找出了自己在知識上的不足，明確了社會的需要、工作崗位的需要和工作性質，樹立了新的奮斗目標，產生了學習新的動力。

4.參賽對嵌入式系統和集成電路設計教學改革的啟示

北京大學生集成電路設計競賽對于培養學生參加實踐的積極性、理論聯系實際的學風和團隊意識有著重要作用，競賽給學生提供了一個施展才華、發揮創新能力的機會和平臺。并對高校集成電路設計課程的教學內容和電子科學與技術的課程體系改革和學生今后工作起到一定的引導作用。

4.1 知識整合的系統教學思想

自從1958年基爾比發明集成電路以后，集成電路一直按照摩爾定律的預測飛速發展。面對集成電路如此迅猛的發展形勢，教學工作也要與時俱進，不斷改革創新。我承擔《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程，深深體會到微電子專業的學生學習嵌入式系統與其他專業有所區別，因為芯片的設計方向日益朝著片上系統SOC、片上可編程系統SOPC的方向發展[3]。學生不僅需要有系統的概念[4]，同時需要對典型處理器體系結構有清晰的理解，在設計SOC芯片時才會有系統的設計思想[5]，又會對處理器內部體系架構有清晰的概念。因此，在對微電子專業的學生講授嵌入式系統時，要緊密結合集成電路設計的要求，結合集成電路分析與設計、數字電子、模擬電子、電子器件等課程的內容，使學生不僅對處理器結構體系清楚，更熟悉各模塊電路，如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的，培養學生系統的概念，掌握外部單元電路，如存儲器單元電路、系統總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路，從使用者的期望角度出發，來進行芯片的設計，既是使用者，又是設計者。學生在學習集成電路設計的課程時，緊密結合嵌入式系統中的系統體系結構、結合處理器內部的體系結構，具有整體的大的系統性設計概念，整合學生對各個課程的分離的知識內容，培養綜合運用所學知識解決系統問題。通過增加實驗和上機課時，提高學生將理論與實踐緊密結合，培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。

4.2 改革傳統的教學模式

我國的大學課堂教學模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯教育家凱洛夫的“五環節”所主宰，在新的教育環境和教育目標下，他們所倡導的課堂教學結構和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端，最突出的是“以教代學”的陳腐教學思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學方法.這種“以教師為中心，以教材為中心”的課堂教學，決定了學生在整個教學過程中所處的被動地位，很大程度地禁錮了學生的創造性思維，對學生自學能力、實踐能力和創新能力的培養構成了嚴重的障礙[2]。

現代教育理論指出：指導學生從實踐和探索中通過思考獲取知識，又在解決問題的探索活動中，運用已獲得的知識和技能是培養智能的最好途徑。

本次競賽上午閉卷完成理論知識的考試。本科生的上機操作內容是根據提供的狀態圖設計一個計數器電路，然后進行原理圖的繪制，再次進行版圖繪制，進而進行DRC、LVS等環節驗證，并撰寫設計報告。學生需要利用數字電路中所學的狀態表，構造出邏輯關系式，運用卡諾圖化簡得到最簡電路，最后再繪制單元電路，設計出具體的CMOS電路和版圖，并進行驗證。同時還需要構造出計數器所需的時鐘電路。在上機的開始一個半小時中，指導老師可以參與指導，這樣增加了比賽中老師對學生的限時指導內容，更有利于學生的競賽，符合培養人才的現論要求。

學生基本上完成了從需求分析、電路設計、繪制電路、（仿真）、版圖繪制、驗證到撰寫報告等環節。通過競賽，使學生能親自感受一個簡單的集成電路設計流程，培養了學生的系統設計概念。學生從早晨9點一直進行到下午六點，在短短的一天內要完成筆試和7個小時的上機電路繪制和驗證等工作，小組成員只有密切配合，充分發揮各自的優勢，保持堅韌不拔的精神，才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養學生的合作精神和團隊精神，鍛煉了學生的毅力和體力。

施教之功，貴在引導?？梢钥闯?，競賽在很大程度上符合現代教育理論的要求，符合學生的認知規律。以學生為主體、教師為主導的教學模式正是以傳授知識為前提，以形成技能為基點，以培養智能為重心，以全面發展人才為歸宿。在《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程教學中，增大課程的實驗內容，學生帶著問題，進行學習，進行思考、小組討論，經老師點撥，實現了運用所學理論解決實際問題的過程，既培養了學生的綜合能力，又完成了教學任務，符合現代教育論的要求。

施教之旨，在于培養學習方法和思維方式，培養獲取新知及再創造之本領。將學生分成小組，布置某一命題，發揮學生的主動性，引導他們查閱資料，分析歸納總結，并在課堂中進行報告或實驗演示。學生反映效果很好，獲取了知識，又培養了學生自學能力和主動獲取知識的方法。

5.引導學生參與科研，撰寫學術論文

通過大賽引導大學生形成一股扎扎實實的學習和研究的風氣。激發學生在專業領域的學習興趣，參與到老師平時的科研中，增加動手實踐的機會。并在科研中進一步培養學生的研究興趣，形成良性循環。對于取得的研究成果，可以引導學生撰寫論文，并能在廣大同學中起到表率作用。

6.結束語

培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。正確的指導思想、科學的組織程序、踏實認真的準備工作以及大賽對校企合作、對教學改革將產生重要的影響。實踐表明，開展大學生集成電路設計競賽，對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義，同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起一定的引導作用，極大的強化了學生繪制版圖、電路設計能力和集成電路設計思想。

參考文獻

[1]甘學溫,趙寶瑛等.集成電路原理與設計[M].北京:北京大學出版社,2007.

[2]陳建英,李濤,撒曉英.抓住競賽契機 深化計算機專業教學改革[J].西南民族大學學報·自然科學版,2010,36(9):75-77.

[3]Ahmet Bindal,Sandeep Mann,Billal N.Ahmed.An Undergraduate System-on-Chip

(SoC)Course for Computer Engineering Students[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,2005,48(2)：P279-289.

[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.

[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,

2569-2663.

致謝：競賽工作是由國家自然基金贊助（No.60976028）；北京工業大學博士基金贊助（No.X0002014201101，No.X0002012200802 and No.X00020

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集成電路作為關系國民經濟和社會發展全局的基礎性和先導性產業，是現代電子信息科技的核心技術，是國家綜合實力的重要標志。鑒于我國集成電路市場持續快速的增長，對集成電路設計領域的人員需求也日益增加。集成電路是知識密集型的高技術產業，但人才缺失的問題是影響集成電路產業發展的主要問題之一。據統計，2012年我國對集成電路設計人才的需求是30萬人 [1-2]。為加大集成電路專業人才的培養力度，更好地滿足集成電路產業的人才需求，2003年教育部實施了“國家集成電路人才培養基地”計劃，同時增設了“集成電路設計和集成系統”的本科專業，很多高校都相繼開設了相關專業，大力培養集成電路領域高水平的骨干專業技術人才[3]。

黑龍江大學的集成電路設計與集成系統專業自2005年成立以來，從本科教學體系的建立、本科教學內容的制定與實施、師資力量的培養與發展等方面進行不斷的探索與完善。本文將結合多年集成電路設計與集成系統專業的本科教學實踐經驗，以及對相關院校集成電路設計專業本科教學的多方面調研，針對黑龍江大學該專業的本科教學現狀進行分析和研究探索，以期提高本科教學水平，切實做好本科專業人才的培養工作。

一、完善課程設置

合理設置課程體系和課程內容，是提高人才培養水平的關鍵。2009年，黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系，經過這幾年教學工作的開展與施行，發現仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。

首先，在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排，不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如：在原來的課程設置中，“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎，所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前，對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解，因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握，會影響學生的學習熱情及教學效果；而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識，與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中，先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程，將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授，令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中，對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手，達到較好的教學效果，同時也避免了內容重復講授的問題。此外，這樣的課程設置安排，將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭，避免因學期課程的設置問題，導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程，從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后，本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗，具有較充足的參賽準備，通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節，贏取良好賽果，為學校、學院及個人爭得榮譽，收獲寶貴的參賽經驗。

其次，適當降低理論課難度，將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上，而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣，讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。

第三，在選擇優秀國內外教材進行教學的同時，從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容，激發學生的學習興趣，實時了解前沿動態，使學生能夠積極主動地學習。

二、變革教學理念與模式

CDIO（構思、設計、實施、運行）理念，是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念，將工程創新教育結合課程教學模式，旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突[4]。

在實際教學過程中，結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數模混合集成電路設計”課程，基于“逐次逼近型模數轉換器（SAR ADC）”的課題項目開展教學內容，將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯，使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內，以學生為主體、教師為引導的教學模式，令學生“做中學”，讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中，完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程，使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時，通過以小組為單位，進行團隊合作，在組內或組間的相互交流與學習中，相互促進提高，培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力，鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力，并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分，而是以畢業論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實的數據報告，鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力，為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求，不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗，因此青年教師要不斷提高專業能力和素質?？赏ㄟ^參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗，同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等，進行教學及實踐的指導。

三、加強EDA實踐教學

首先，根據企業的技術需求，引進目前使用的主流EDA工具軟件，讓學生在就業前就可以熟練掌握應用，將工程實際和實驗教學緊密聯系，積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會，為今后競爭打下良好的基礎。2009―2015年，黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況，如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建，實現遠程登錄，則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要[5]。

其次，根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容，適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析，令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程，在了解企業對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上，有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉，使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通，為今后就業做好充足的準備。

第三，根據集成電路設計本科理論課程的教學內容，以各應用軟件為基礎，結合多媒體的教學方法，選取結合于理論課程內容的實例，制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊，如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程，都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件；通過網絡平臺，使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。

四、搭建校企合作平臺

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我當年就是懷著對集成電路未來的美好憧憬，幻想著IC從業者西裝革履喝咖啡的小資生活。再加上那時開設該專業的還有清華、北大等“985工程”院校。于是我報考了這個前途無量的集成電路設計與集成系統（下簡稱集電）專業。

IC課堂知多少

前面提到了IC從業者，那IC究竟是什么呢？IC是半導體元件產品的統稱。那學這個有什么用呢？比方說自稱國產發燒級的小米手機，你知道它用的四核CPU是什么架構？28nm工藝又是什么工藝呢？更省電的電源管理芯片又是什么邏輯構造呢？這些在選擇了集電專業后，你都會一一了解到。在不久的將來，也許你設計的芯片還會在流水線上量產呢。

既然這個專業那么有用，那它是學什么的呢？首先，要做的就是電路設計，根據市場的需求依據電路功能設計出電路；接下來就是前期電路功能的仿真（就是將電路原理圖用專業軟件模擬出電路所實現的功能，主要是為了節省研發經費和研發周期），檢測其是否能達到所要的參數需求；再次，用專業的軟件將電路版圖畫出來；最后，將畫出來的版圖進行后期仿真，與前期的仿真對比，看是否需要做出修改。若符合要求就生成版圖文件交給晶圓廠進行量產，最后到封裝測試廠完成芯片的最后一道工藝。

如今，集成電路設計與集成系統專業已走過了9年，它變得越來越適應就業市場的需求。目前該專業分為三個方向。第一個方向是設計。這個方向又分兩類，數字集成電路設計是偏軟件類；而模擬集成電路設計是偏硬件類。有設計就要有生產，該專業的第二個方向就是生產工藝。IC工藝能力決定了芯片的性能、功耗、散熱等諸多因素。而第三個方向是集成電路的封裝與測試。好的封裝才能夠使芯片發揮正常的功能，并保證其具有高穩定性和可靠性。而芯片是否達到預期的研發目標，則需要更多的測試才能確定。

集電專業開設的課程較多，光專業基礎課就要分硬件和軟件，加上計算機應用技術、模擬電路與數字電路、電路分析基礎、信號與系統、集成電路應用實驗、現代工程設計制圖、微機原理與應用、固體電子學、電磁場與電磁波這些專業課，你會發現你的大學四年會過得格外充實。不過你放心，由于實驗課很多，學習并不會覺得枯燥。

就拿集電專業的核心課程——集成電路工藝課來說吧。這門課教授我們如何把還只是一個概念的集成電路芯片從有到無的“變”出來。喜歡玩手機的同學一定聽說過現在市面上最先進的高通的四核CPU吧，它的電路構成需要用到上百萬個我們所熟知的晶體管、電阻、電容等元器件?？墒俏覀兊氖謾C只有那么小，上百萬個元器件怎么集中在那么小的一個芯片上呢？這就需要運用這門課所學的工藝技術，將這些元件制作在一小塊硅片、玻璃或陶瓷襯底上，再用適當的工藝進行互連，然后封裝在一個管殼內，使整個電路的體積大大縮小，引出線和焊接點的數目也大為減少。而這其中的奧妙，就需要你帶著一份好奇心，步入大學的殿堂用心學習了！

前途寬廣，錢途無量

目前，很多歐美IC巨頭企業都在中國設有工廠或者研發機構，比如AMD、飛思卡爾、德州儀器、意法半導體、英特爾等。本土的IC公司也如雨后春筍般層出不窮，越來越多的海歸人才帶著國外的尖端技術和項目基金回國創業。這些電子廠都是離不開IC設計人才的。

2006年考研結束后，我只身南下，去上海找工作。在火車上，我接到了德州儀器的電話面試，可惜最后因為英語口語不過關被淘汰了，這也說明這個專業對于英語應用能力的要求還是比較高的。不過之后的半個月時間，各種面試電話就成了我幸福的煩惱，對于只是一名應屆本科畢業生的我，有的公司甚至開出了4500元月薪的條件，這是當時很多畢業生想都不敢想的，更何況一年還發16個月薪水！由此可見，對于集電專業的畢業生，只要你做了充分的準備，就會有成百上千的大門向你敞開。選擇做IC人，你將“錢途”無量！

集電專業的畢業生有較強的工作適應能力，就業范圍寬，可從事集成電路設計與制造、嵌入式系統、計算機控制技術、通信、消費類電子等信息技術領域的研究、開發和教學工作。

選“山”拜師很重要

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數字集成電路低功耗優化設計

隨著科技的不斷發展和進步，在集成電路領域當中，數字集成電路的增長速度飛快，在各種新技術的應用之下，集成電路系統的集成度和復雜度也有了很大的提升。對著移動設備、便攜設備的廣泛應用，使得數字集成電路面臨著越來越嚴峻的功耗問題。因此，在數字集成電路的未來發展當中，低功耗優化設計已經成為一個主要的發展趨勢，在數字集成電路的工藝制造、電路設計等方面，都發揮著巨大的作用。

一、低功耗優化設計的方法和技術

對于可移動、便攜式的數字系統來說，功耗具有很大的作用。因此在設計數字電路的時候，應當分析其功耗問題。在設計數字集成電路的過程中，要對功耗、面積、性能等加以考慮。而在這些方面，存在著相互關聯和約束的關系。因此，在對數字電路性能加以滿足的前提下，對設計方案和技術進行選擇，從而實現低功耗優化設計。具體來說，應當平衡性能、面積、功耗方面的關系，防止發生浪費的情況。對專用集成電路進行高效應用，對結構和算法進行優化，同時對工藝和器件進行改進。

二、數字集成電路的低功耗優化設計

1、門級

在數字集成電路的低功耗優化設計中，門級低功耗優化設計技術具有較為重要的作用，其中包含著很多不同的技術，例如路徑平衡、時許調整、管腳置換、們尺寸優化、公因子提取、單元映射等。其中，單元映射是在設計電路中，在邏輯單元、門級網表之間，進行合理的布局布線。公因子提取法能夠對邏輯深度進行降低、對電路翻轉進行減小、對邏輯網絡進行簡化從而降低功耗。路徑平衡則是針對不同路徑的延遲時間，對其進行改變，從而降低功耗。

2、系統級

系統級低功耗優化設計當中，主要包括了軟硬件劃分、功耗管理、指令優化等技術。其中，軟硬件劃分主要是對硬件和軟件在抽象描述的監督，對其電路邏輯功能加以實現，通過對方案的綜合對比，選擇低功耗優化設計方案。功耗管理是針對電路設計不同的工作模式，將空閑模塊掛起，從而降低功耗。而指令優化則包含指令壓縮、指令編碼優化、指令集提取等，通過對讀取速度、密度的提升，使功耗得到降低。

3、版圖級

在版圖級低功耗優化設計中，需要對互聯、器件等同時進行優化，對著集成電路工藝的發展，器件尺寸的減小，功耗也就自然降低。同時由于具有更快的開關速度，因此可以根基不同情況，在電路設計中選擇合適的器件進行優化。而對于系統來說，互聯作為連接器件的導線，對于系統性能也有著很大的影響。在信號布線的過程中，可以增加關鍵、時鐘、地、電源等信號以及高活動性信號的橫截面，從而降低功耗和延時。

4、算法級

在算法級低功耗優化設計當中，需要對速度、面積、功耗等約束條件加以考慮，從而對電路體系編碼、結構等進行優化。在通常情況下，為了提升電路質量、降低電路功耗，會采用提高速度、增加面積等方法來實現。算法級低功耗優化設計與門級、寄存器傳輸級不同，這兩者都是對電路的基本結構首先進行確定，然后對電路結構再進行低功耗優化調整。在算法級低功耗優化設計當中，主要包括并行結構、流水線、總線編碼、預計算等技術。

5、電路級

在電路級低功耗優化設計中，NMOS管陣列構成的PDN完成了邏輯功能，其中只需要少量額晶體管，具有較快的開關速度，同時由于具有較低的負載電容，不存在短路電流。在電源與第之間，沒有電流通路，因此不會產生靜態功耗，對于總體功耗的降低有著很大的幫助。同時，在應用的異步電路當中，在穩定狀態時，輸入信號才會翻轉，從而避免了輸入信號之間的競爭冒險，也避免了功耗浪費。

6、工藝級

在工藝級低功耗優化設計中，主要包括按比例縮小、封裝等技術。隨著技術的發展，系統擁有了更高的集成度，器件尺寸得以減小、電容得以降低，在芯片之間，通信量也有所下降，因此功耗也能夠得到有效的控制。其中主要包括了互連線、晶體管的按比例縮小。芯片應當進行封裝，充分與外界相隔離，從而避免外界雜質造成腐蝕，降低其電氣性能。而在封裝過程中，對于芯片功耗有著很大的影響。通過合理的進行封裝，能夠更好的進行散熱，從而是功耗得到降低。

7、寄存器傳輸級

在設計數字集成電路的過程中，寄存器傳輸級是一種同步數字電路的抽象模型，根據存儲器、寄存器、總線、組合邏輯裝置等邏輯單元之間數字信號的流動所建立的。在當前的數字設計中，工作流程是寄存器傳輸級上的主要設計，根據寄存器傳輸級的描述，邏輯綜合工具對低級別的電路描述進行構建。在寄存器傳輸級的低功耗優化設計當中，主要包括了門控時鐘、存儲器分塊訪問、操作數隔離、操作數變形、寄存器傳輸級代碼優化等方法。

隨著科技的不斷發展，在當前社會中，越來越多的移動設備和便攜設備出現在人們的生活中，因此，數字集成電路也正在得到更加廣泛的應用。而在電路設計當中，功耗問題始終是一個較為重點的問題，因此，應當對數字集成電路進行低功耗優化設計，從而降低電路功耗，提升電路效率。

參考文獻：

[1]桑紅石，張志，袁雅婧，陳鵬.數字集成電路物理設計階段的低功耗技術.微電子學與計算機，2011（04）.

[2]鄧芳明，何怡剛，張朝龍，馮偉，吳可汗.低功耗全數字電容式傳感器接口電路設計.儀器儀表學報，2014（05）.

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關鍵詞：高職；工作過程；微電子技術；課程體系

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0139-03

近年來，我國高等職業技術教育發展迅猛，規模迅速擴大。另一方面，隨著我國社會經濟的快速發展，企業對技能型勞動人才的需求大幅增加，對技能型勞動人才的綜合能力亦提出了更高的要求。雖然對高等教育大眾化和社會經濟的發展作出了突出的貢獻，但也帶來了突出的問題。課程體系是一個專業所設置的課程相互間的分工與配合，課程體系是否合理直接關系到培養人才的質量。高等學校課程體系主要反映在基礎課與專業課、理論課與實踐課、必修課與選修課之間的比例關系上。課程改革是高職教學改革的核心和難點。由于高職開設微電子技術專業的時間較短、學校較少，形成半導體產業鏈的區域還比較少，因此對微電子技術專業的人才定位、課程體系等都還不很完善，從而給本專業的人才培養帶來不確定因素，不利于專業的發展，也難以滿足微電子技術行業企業對人才的需求。本文即針對以上問題展開一些有益的探討與實踐。

一、構建課程體系的總體思路

構建微電子技術專業課程體系的總體思路是以微電子行業職業崗位需求為依據，以素質培養為基礎，以技術應用能力為核心，構建基于工作過程的課程體系。實施學院“四環相扣”的工學結合人才培養模式，將“能力標準、模塊課程、工學交替、職場鑒定”的四個環節完整統一，環環相扣，充分體現了高職教育工學結合的人才培養思想，努力為社會培養優秀高端技能型人才。

1.基于工作過程的課程體系的理論基礎?；诠ぷ鬟^程的課程體系的理論基礎，主要從德國“雙元制”職業教育學習論和教學論的角度闡述構建基于工作過程的課程體系的理論依據。工作過程系統化的課程體系必須針對職業崗位進行分析，整理出具體的、能夠涵蓋職業崗位全部工作任務的若干典型工作過程，按照人的職業能力的形成規律進行序列化，從中找出符合職業崗位要求的技術知識和破譯出隱性的工作過程知識，并以工作任務為核心，組織技術知識和工作過程知識[2]。通過完全打破原有學科體系，按照企業實際的工作任務、工作過程和工作情境組織課程，形成圍繞工作過程的新型教學項目的“綜合性”課程開發。

2.行業、企業等用人單位調研。通過調研國內（“成渝經濟區”為主）微電子技術行業、企業等用人需求和要求，了解現有高職微電子技術專業學生就業情況、用人單位反饋意見及人才供需中存在的問題。電子信息產業是重慶市國民經濟的第一支柱產業。重慶市“十二五”規劃建議提出，培育發展戰略性新興產業。把新一代信息產業建設為重要支柱產業，建設全球最大的筆記本電腦加工基地、建設通信設備、高性能集成電路、光伏組件及系統、新材料等重點產業鏈（集群），建成國家重要的戰略性新興產業基地。以集成電路產業的重點項目為牽引，建成包括芯片制造、封裝、測試、模擬及混合集成電路設計和制造等項目的產業集群，形成較為完善的集成電路產業鏈；四川電子信息產業未來5年將邁萬億元，成渝經濟區將打造成西部集成電路的產業高地。隨著惠普、富士康、英業達、廣達集團等世界級的IT巨頭進入成渝，未來幾年IT人才需求在20萬以上，而現在成渝地區每年培養的相關人才不過2萬人左右，遠遠不能滿足社會需求。市場需求的調查表明，近年來成渝地區IC制造、IC封裝及測試、IC版圖設計等崗位的微電子技術應用型人才緊缺。同時調研表明半導體行業企業卻難以招到滿意的人才，學生在校學非所用，用非所學，實踐動手能力、社會適應能力、責任意識、職業素養難以滿足企業要求。

3.形成專業定位，確定培養目標。根據存在的問題及半導體產業鏈過程：集成電路設計裸芯片精細加工封裝測試芯片應用PCB設計制造，充分掌握現有微電子技術專業課程體系建設的基礎及存在的問題，形成重慶電子工程職業學院微電子技術專業定位，確定培養目標：培養德、智、體、美全面發展；掌握微電子技術專業領域必備的基礎知識、專業知識；有較強的崗位職業技能和職業能力；面向集成電路設計、芯片制造及其相關電子行業企業，滿足生產、建設、服務和管理第一線的優秀高端技能型專門人才。畢業生應該既掌握微電子方面的基本技術，又具有很強的實際操作能力。具體可從事崗位：集成電路版圖設計；半導體器件制造；IC制造、測試、封裝；電子工藝（半導體）設備運行、維護與管理；簡單電子產品的設計與開發；電子產品的銷售與售后服務，并為技術負責人、項目經理等后續提升崗位奠定良好基礎。

二、構建基于工作過程的學習領域課程體系

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“灰領”將成為未來職場越來越龐大，越來越主流的勞動力群體。他們不僅具備精深的專業技術，更因較強的動手操作能力獲得職場青睞，時尚“灰領”，必將成為未來職場的技術領跑者。

網上“美工”

他們利用計算機網頁制作軟件及相關技術來設計制作網頁。網絡上一幅幅漂亮的頁面，就出自網頁設計與制作員之手。作為網上“美工”，他們要按照客戶的要求進行網頁設計，同時運用FireWorks、Flash、Dreamweaver等網頁制作工具完成網頁的制作。如果說程序設計員的工作是后臺的技術支持，那么網頁設計與制作員的工作就是前臺“面子”的修飾與裝點。程序設計人員的工作是純理性的，而網頁設計人員的工作偏向于感性，藝術基礎同樣是網頁制作人員的必備。一方面，他們必須懂得Internet相關知識、GIF動畫、層的應用、表格與表單、媒體應用、動畫與樣式、網頁框架、文本與圖像、鏈接與動作、網站相關知識、網站的設計建立，網站的上傳、更新、維護，使用Asp建立動態網頁、ASP與關系型數據庫、通訊及網絡技術等技術方面的專業知識。同時，他們必須具備一定的平面設計基礎，包括平面構成基礎、基本圖形與文字、動畫應用等等。

網絡管理專家

他們設計、組裝、管理和維護企業內部計算機網絡，給企業職工提供計算機技術咨詢與支持，掌握多種Internet應用技術，保證企業信息安全。平常人們所說的“網管”就屬于計算機網絡技術人員。在企業里，網絡技術人員的工作范圍很廣，所有與網絡的建立、管理、故障排除以及網絡安全等有關的事情都屬于網絡技術人員的工作。中級網絡技術人員要了解網絡與通訊的基本理論、掌握常見局域網的安裝、配置、管理和使用，能熟練排除常見的網絡故障；掌握Internet的連接，會使用搜索引擎查找網頁，熟練使用EMAIL；能設計和制作簡單網頁；對計算機病毒和網絡安全有基本的了解。高級網絡技術人員除了要掌握中級網絡技術人員的知識和技能外，還需了解網絡與通訊的理論，掌握局域網的規劃、安裝和管理，能夠使用至少一套網管軟件，能熟練排除網絡故障；了解路由器和交換機的基本概念，掌握Internet的配置。另外，他們還必須對計算機病毒和網絡安全有全面的了解，對黑客的常見攻擊手段有所了解并能采取防護措施。

網上賺錢高手

他們通過電子工具（如EDI、WEB技術、電子郵件等），共享非結構化或結構化商務信息，并管理和完成在商務、管理和消費活動中的各種交易。通俗地說，利用網絡技術來買賣東西的人就叫做電子商務員。電子商務網站易聚的大部分工作人員都屬于這類“灰領”人群。他們主要從事的工作就是使用網絡進行采購與營銷、電子交易、物流配送及管理，實現網上商品買賣。電子商務工作人員要完成在網上進行的買賣，工作非常龐雜，不亞于通過傳統店鋪來進行買賣。首先，他們要在網上建一個屬于自己的商鋪，然后把所有“貨品”信息“上架”；之后他還要準備很多促銷手段以及購物指南等等，在商鋪的“店堂”上公布出來，引導人們在店鋪里購物；最后，他還要負責“收銀”。當然，商品的統計、“店堂”的布置裝飾、商品的運輸等等，即網站規劃與建設、網站管理等幕后的工作，也都需要電子商務員來完成。電子商務員要能夠熟練制作表格，進行相關網絡的連接、撥號上網、信息檢索與瀏覽、接收發電子郵件，還要懂得電子商務及EDI的常識，會使用基本的網絡工具進行網頁制作，了解基本的安全技術，采集、網絡商務信息等。同時，為了保證能賺到錢，還得了解電子支付的辦法和程序，懂得如何維護交易的安全性，能進行單證處理，處理物流業務等等。

多媒體作品制作師

他們利用多媒體計算機技術，從事多媒體作品制作的人員。老師平常上課用的投影片、網絡上隨處可見的Flas、帶有音樂的電子賀卡等等，這些都出自多媒體作品制作員之手。多媒體作品制作員要通過聲音、圖像和色彩的運用與組合，設計和制作出各種多媒體的作品。具體來說，他們要進行多媒體素材的收集、制作、合成，多媒體作品的創作策劃、多媒體作品的分析與設計，此外還包括數字音頻、電腦動畫、數字視頻制作，多媒體編程，最后他們還要進行產品測試、產品打包及、產品質量確認測試等等。多媒體作品制作是一種集藝術與技術于一體的工作，為此，多媒體制作人員首先得是一個運用電腦軟件的高手，能熟練運用各種多媒體制作工具來進行聲音和圖像的處理；同時，他還必須有一定的藝術鑒賞基礎，應是一個能用聲音、圖像和色彩來表達意圖的藝術家。

首飾設計師

他們用貴金屬、珠寶及其它材料設計制作成首飾工藝品的技術人員，主要從事首飾設計創意、首飾計算機輔助設計、首飾制作與工藝、貴金屬首飾設計和創意等工作。他們懂得制圖、表現技法、產品設計、命題設計，能夠運用通用設計軟件進行設計、運用專用首飾設計軟件進行設計，懂得首飾的手工制作、首飾機制工藝制作、設計創意、首飾展示設計等。

集成電路版圖設計師

他們通過EDA設計工具，進行集成電路后端的版圖設計和驗證，最終產生送交供集成電路制造用的GDSII數據。他們主要從事芯片物理結構分析、版圖編輯、邏輯分析、版圖物理驗證、聯系代工廠、版圖自動布局布線、建立后端設計流程等工作。集成電路版圖設計師是連接設計與制造工廠的橋梁，為此，他必須懂得集成電路設計與制造的流程、原理及相關知識，更重要的是，他要掌握芯片的物理結構分析、版圖編輯、邏輯分析、版圖物理驗證等專業技能。

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在非微電子專業如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業的知識，可以從本專業的系統角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環節。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術；另一方面，學員了解了該項技術的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術的繼續研究和學習?；A理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現技術上，這樣非微電子專業的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。

2非微電子專業集成電路設計課程實踐

根據以上原則，信息工程大學根據具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關專業開設集成電路芯片設計技術課程，根據近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優化的理論授課內容

1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發展和趨勢等內容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發展趨勢和新技術，包括軟硬件協同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。

2）IC產業鏈及設計流程：介紹集成電路產業的歷史變革、目前形成的“四業分工”，以及數字IC設計流程等內容。使學員了解集成電路產業的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環節的一些基本情況，了解數字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內容。

3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調試能力。

4）系統集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統（SoC）、片上網絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規模系統級芯片架構設計的基礎方法及主要片內嵌入式處理器核。豐富的實踐操作內容

1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。

2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優化、可測性設計等內容。

3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規劃與電源規劃、物理綜合與全局優化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優化等內容。靈活的考核評價機制

1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。

2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。

3）IC設計相關領域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領域的相關技術文獻，包括該領域的前沿研究技術、設計流程中相關技術點的深入研究、集成電路設計領域的發展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。

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