基于“無生產(chǎn)線集成電路設計”理念的微電子專業(yè)實驗室建設探討
——以南京郵電大學中央與地方共建微電子實驗室的建設為例

郭宇鋒沈虹

1、南京郵電大學電子科學與工程學院 210031;2、南京郵電大學傳媒與藝術學院 210031

基于“無生產(chǎn)線集成電路設計”理念的微電子專業(yè)實驗室建設探討
——以南京郵電大學中央與地方共建微電子實驗室的建設為例

郭宇鋒1沈虹2

1、南京郵電大學電子科學與工程學院 210031;2、南京郵電大學傳媒與藝術學院 210031

“無生產(chǎn)線集成電路設計”是集成電路技術的發(fā)展趨勢，我們把該理念引入到微電子專業(yè)實驗室的建設中，采用平臺＋模塊的實驗體系，以“教學為主、兼顧科研、服務社會”為宗旨，建成了一個可適應不同實驗要求、培養(yǎng)不同實驗技能、規(guī)模效益好、可持續(xù)發(fā)展的開放性實驗室，并取得較顯著成效，該模式對于普通高校的專業(yè)實驗室建設具有指導意義。

無生產(chǎn)線集成電路設計；微電子；實驗室建設

隨著集成電路技術的迅速發(fā)展，“無生產(chǎn)線集成電路設計”已成為當前世界集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流趨勢[1]。這種模式不但使眾多的集成電路設計公司擺脫了成本高昂的芯片制造壓力，專注于開發(fā)性能更優(yōu)、功能更強、更加符合市場需求的集成電路，同時也對集成電路人才的培養(yǎng)模式產(chǎn)生了重大影響[2]。

在2008年中央與地方共建實驗室專項基金的支持下，南京郵電大學籌建了“微電子專業(yè)實驗室”。在實驗室建設中，我們引入了“無生產(chǎn)線集成電路設計”的先進理念，構建集成電路設計和集成電路測試的實驗平臺，其目的是使學生完成集成電路的系統(tǒng)設計、電路設計、版圖設計、虛擬制造和性能測試等完整IC設計流程的實驗項目訓練。切實提高學生的動手能力和實踐能力，增強就業(yè)競爭力。實踐證明這一模式取得了良好的效果。

1、建設思路

1.1 切合微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流，堅持“無生產(chǎn)線集成電路設計”的先進理念。

無生產(chǎn)線集成電路設計理念已深入到微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，我們將此理念引入到實驗室建設中來，以形成鮮明的建設特色。這是因為集成電路的生產(chǎn)技術需要大量昂貴的設備和苛刻的超凈環(huán)境，除了個別985高校，很多普通高校無力承擔建設實驗生產(chǎn)線所需的高額資金，因此對集成電路制造人才的培養(yǎng)成為普通高校的軟肋。為此，我們通過和國際主流的EDA軟件公司合作，把最先進的“虛擬制造”技術引入到實驗室建設中來[3]，使學生僅僅通過一臺計算機，就可以完成整個集成電路的設計、制造和測試等能力的培訓。

1.2 吸取專業(yè)實驗室建設的先進經(jīng)驗，建立平臺＋模塊的實驗體系，增強靈活性和可擴展性。

“微電子專業(yè)實驗室”建設方案包含“兩個平臺”，分別完成集成電路設計和集成電路測試兩大類實驗，實驗平臺內(nèi)部裝置實現(xiàn)模塊化，既是一個整體，各模塊又具有相對獨立的功能。這些模塊可以獨立承擔實驗，也可通過相應的軟、硬件接口，實現(xiàn)模塊間和平臺間的數(shù)據(jù)傳輸，從而將不同平臺間的模塊進行組合擴展，形成更大規(guī)模更復雜的實驗裝置，為學生進行設計性實驗和研究性實驗提供了一個良好的平臺，也為教師和學生探索新的實驗方法，開發(fā)新的實驗創(chuàng)造了條件。

1.3 以“教學為主、兼顧科研、服務社會”為宗旨，使實驗室利用效率最大化。

“微電子專業(yè)實驗室”做到不僅對學生，而且對全校的教師、科研人員也進行全面開放。除了滿足日常實驗教學之外，教師可以在使用本實驗室的資源和平臺，進行創(chuàng)新性科學研究工作，特別是通信集成電路和通信片上系統(tǒng)的設計、研發(fā)和測試。此外，還通過校校合作、校企合作、加入江蘇省大型儀器設備共享服務平臺等形式，面向社會開放，為社會服務。通過以上方式，本實驗室可以做到教學、科研、服務社會三者有機結合，充分發(fā)揮了實驗室資源，特別是中高端設備的利用效率，增加實驗室創(chuàng)收，促進實驗室可持續(xù)發(fā)展。

1.4 以提高大學生綜合創(chuàng)新能力為導向，為開展綜合性和研究性探索性實驗提供平臺。

在本科和研究生教學中積極推動研究性教學，提高大學生的創(chuàng)新能力，已成為高等教育界的共識[5]。為此，在實驗室建設中，我們摒棄以驗證性實驗為主的傳統(tǒng)模式，將如何為開展綜合性、研究性和探索性實驗服務貫徹到實驗室建設全程，使實驗室真正成為開展研究性教學、培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新能力的重要陣地。以適應不同實驗要求、滿足不同層次需求、培養(yǎng)不同實驗技能，最終把實驗室建設成為實驗內(nèi)容先進、實驗設備完善、實驗管理科學、規(guī)模效益好、可持續(xù)發(fā)展的開放性實驗室。

2、建設內(nèi)容

2.1 實驗平臺建設

2.1.1 集成電路設計實驗平臺

該平臺針對微電子技術專業(yè)對集成電路設計的教學要求，同時兼顧培養(yǎng)電路與系統(tǒng)和集成電路工程等專業(yè)的碩士和博士研究生的高層次教學要求，通過參與世界知名EDA軟件公司的大學計劃，以較低廉的價格購置業(yè)界主流的集成電路設計軟件，構建四個實驗平臺。其分別是：1) 專用集成電路前端設計模塊，基于該模塊可以進行數(shù)字集成電路、模擬集成電路和片上系統(tǒng)SoC前端設計的教學和科研。2)專用集成電路后端設計模塊。基于該模塊可以進行數(shù)字和模擬集成電路的版圖設計、版圖檢查、版圖驗證、寄生參數(shù)提取和后模擬等實驗和研究。3)微波與射頻集成電路設計模擬，基于該模塊可以從事微波集成電路設計、射頻集成電路設計、射頻有源器件建模、射頻無源器件建模等的教學和科研。4)集成電路虛擬制造模塊。基于該模塊可以進行微電子器件、納電子器件和光電子器件的結構設計、性能仿真、工藝設計、參數(shù)優(yōu)化和虛擬制造的教學和科研。

2.1.2 集成電路測試實驗平臺

該平臺針對于微電子技術專業(yè)關于器件物理類、集成電路工藝類和集成電路測試類課程的教學要求，同時兼顧科研和資源共享的需要，也進行四個模塊建設。1)半導體材料測試模塊，該模塊可進行半導體材料的導電類型、電阻率、電導率和少子壽命測試等實驗和研究。2)半導體器件測試模塊。該模塊進行二極管、NPN、PNP、MIS和MOS晶體管的特性測試和參數(shù)提取的實驗和研究。3)IC在晶圓測試模塊。基于該模塊，可進行集成電路和半導體器件性能的在晶圓測試的實驗和研究。4)版圖分析與電路提取模塊，基于該平臺可進行集成電路的版圖分析、圖形測量和電路提取實驗和研究。

2.2 人才建設

建設一支結構合理，能熟練掌握科研實驗以及進行教學管理的高水平師資隊伍，是搞好實驗室建設，提高實驗教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的需要。為此，我們采取了四種方式進行實驗室人才建設。1)外聘。通過對外招聘的形式，從國內(nèi)重點高校引進優(yōu)秀的博士和碩士畢業(yè)生，充實到實驗室建設中。2)內(nèi)引。通過在校內(nèi)招聘的方式，從校內(nèi)其它崗位上引進優(yōu)秀的青年教師，來擔任實驗室的管理和教學工作。3)選留。通過選留品學兼優(yōu)的本校本專業(yè)的研究生，來擴充實驗室?guī)熧Y。4)培訓。通過對現(xiàn)有教師進行培訓，鼓勵和引導教師攻讀博士或碩士研究生，來提高實驗室老師的整體素質(zhì)。

通過以上多種方式，不斷改善實實驗教學人員的知識結構，提高實驗教學人員的學歷層次。現(xiàn)已形成了由學術帶頭人、學術骨干或高水平教授牽頭、主持和參與實驗指導和新實驗項目開發(fā)的實驗教學模式，在實驗室的日常運行中發(fā)揮了積極作用。

2.3 基礎設施建設

在實驗場地建設中，我們充分貫徹“平臺＋模塊”的實驗室建設思路，堅持實現(xiàn)同屬一個模塊的儀器設備同位放置、關聯(lián)度高的模塊相鄰放置、教學實驗用的低端儀器和科研共享用的中高端儀器分離放置的原則，對實驗室空間進行了科學劃分和有效利用。以達到方便管理、科學利用、提高效率和減少儀器損耗的目的。同時，建立了微電子專業(yè)實驗室網(wǎng)站，在網(wǎng)站上我們每天更新實驗室的設備利用情況及實驗室開放情況，從而有利于同學們進行選課，也有利于兄弟院系利用我們的條件開展教學活動和科學研究，充分發(fā)揮實驗室的潛力。

3、建設成效

3.1 為培養(yǎng)高素質(zhì)微電子人才建立了綜合性實踐性教學環(huán)境。

積極探索實驗教學改革的思路，按學科基礎建設實驗室，改進實驗教學方法，適應微電子技術的不斷發(fā)展，建立起符合新世紀教育改革理念的、覆蓋微電子器件設計、IC設計、工藝設計等各領域的微電子專業(yè)實驗和實踐性教學環(huán)境，為培養(yǎng)寬基礎、高素質(zhì)、有創(chuàng)新精神和實踐能力的高水平人才提供必要的條件，成為創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的重要組成部分。

3.2 為相關專業(yè)學生提供了實驗教學、課程設計和畢業(yè)設計的開放性實驗、仿真和測試平臺，成為校學生科技創(chuàng)新活動與實踐活動的重要基地。

“微電子專業(yè)實驗室”建成后，每學年承擔了“電子科學與技術”、“微電子技術”兩個本科專業(yè)和“電路與系統(tǒng)”、“集成電路工程”兩個碩士點的實驗教學任務，為兩個專業(yè)200多名學生的課程設計和畢業(yè)設計（論文）提供實驗、仿真和測試平臺，同時還面向學院四個專業(yè)的學生和全校相關專業(yè)，如通信、納米電子器件專業(yè)的學生提供每學年不少于24000人時數(shù)的開放時間，成為了學生課外科技活動與創(chuàng)新實踐活動的重要基地，形成了我校微電子技術的實驗課程體系，為我校學生參加江蘇省和全國電子設計大賽提供平臺。

3.3 針對研究生開設高層次創(chuàng)新性實驗，為提高碩士研究生的培養(yǎng)質(zhì)量提供了保障。

微電子專業(yè)實驗室具體承擔了電路與系統(tǒng)和集成電路工程兩個碩士點的實驗教學任務。通過開展針對研究生的課程與實驗，培養(yǎng)本專業(yè)的高層次人才，設計高層次、綜合性、創(chuàng)新性實驗，直接為本校電路與系統(tǒng)超大規(guī)模集成電路設計方向和集成電路工程碩士研究生提供創(chuàng)新實驗平臺，也有助于本專業(yè)學科建設的加強，為今后向更高、更好、更專業(yè)的方向發(fā)展，并進一步為博士點的建設打下良好基礎。

3.4 通過資源共享，校校合作和校企合作，對外提供測試、設計和培訓服務，促進了實驗室建設的良性循環(huán)

所有實驗室的實驗設備及實驗項目均在校園網(wǎng)上公布，可供校內(nèi)外用戶預約。經(jīng)實驗室審批同意后，可進行實驗，或從事科學研究、產(chǎn)品研發(fā)和人員培訓等工作。通過多種渠道，加強學校與企業(yè)、科研院所的合作，逐步加大與仙林大學城各高等學校的資源共享，建立一套校內(nèi)外共享機制，從而提高實驗室設備的利用效率，并能產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益，促進實驗室建設的良性循環(huán)。

4、結束語

南京郵電大學微電子專業(yè)實驗室是在借鑒國內(nèi)外高校相關實驗室建設的成功經(jīng)驗的基礎上建設的一個以集成電路設計和集成電路測試為主要內(nèi)容的綜合實驗室。在實驗室建設中，我們基于“無生產(chǎn)線集成電路設計”的先進理念，構建高靈活性和高擴展性的“平臺＋模塊”的實驗體系，以“教學為主、兼顧科研、服務社會”為宗旨，以開設綜合性、系統(tǒng)性、和研究探索性實驗為建設目標，形成了適應不同實驗要求、滿足不同層次需求、培養(yǎng)不同實驗技能、實驗內(nèi)容先進、規(guī)模效益好、可持續(xù)發(fā)展的開放性實驗室建設模式，該模式對于普通高校的專業(yè)實驗室建設具有一定指導意義。

[1]李智群.射頻超高斯與光電集成電路無生產(chǎn)線設計[C].中國通信集成電路技術與應用研討會文集.2006

[2]王志功.關于國家設立“集成電路設計人才培養(yǎng)專項基金”開展“中國芯片工程”的建議[J].電氣電子教學學報.2000，2：4-9

[3]http://www.synopsys.com.cn/productsand-solutions/intellectual-property

[4]李學紅，王建波，李冬玲等.大學實驗室建設的原則[J].實驗室研究與探索.2008, 27(8): 136-137

[5]黃海，王勛，有詳君.以科技創(chuàng)新活動提升大學生工程素質(zhì)[J].電子科技大學學報（社科版）.2007，9（4）：43-45

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.116

郭宇鋒（1974-）男，漢族，河南洛陽人，博士，副教授，南京郵電大學電子科學與工程學院院長助理、微電子技術系主任。從事集成電路設計的研究與教學工作。

沈虹（1975-），女，漢族，四川樂山人，南京郵電大學傳媒與藝術學院，助理研究員。