集成電路設計大賽推進版圖設計課程改革

北京工業大學電子信息與控制工程學院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發展有限公司 韓 霞

集成電路設計大賽推進版圖設計課程改革

北京工業大學電子信息與控制工程學院 胡小玲 劉 榿 袁 穎

天津市正方科技發展有限公司 韓 霞

集成電路版圖設計是銜接集成電路設計與制造的關鍵環節，在電子科學與技術專業的學習與職業能力培養中起到重要作用。“大學生集成電路設計大賽”為集成電路設計相關課程的改革提供了強有力的推動作用。本文結合參加的幾屆“大賽”，及時調整集成電路版圖設計實踐課程教學內容，并進一步完善實踐教學平臺的建設。

集成電路設計大賽；版圖設計；改革

0 引言

2014年6月，國務院公布《國家集成電路產業發展推進綱要》，提出到2015年集成電路產業銷售收入超過3500億元的目標，到2030年集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平。《綱要》指出為了達成上述目標，需要加大人才培養力度。建立健全集成電路人才培養體系，支持微電子學科發展，采取多種形式大力培養培訓集成電路領域高層次、急需緊缺和骨干專業技術人才[1]。作為“國家集成電路人才培養基地”，北京工業大學更是肩負著為國家培養更多優秀的集成電路設計人才的歷史重任。為貫徹國務院文件精神，保證我國集成電路行業的健康可持續發展，我校積極探索改革教育教學方式。特別是近幾年通過指導學生參加“大學生集成電路設計大賽”，進一步認識到集成電路版圖設計課程改革的必要性。

由北京市教委，北京電子學會主辦的“大學生集成電路設計大賽”是針對國內微電子及相關專業在校生的一次專業實踐性賽事，迄今已經舉辦4屆，累計吸引了超過500個團隊，約3千人次電子專業大學生參加，參加學校超過50所，取得了巨大的社會反響，成為國內各高校微電子專業綜合實力展示的年度盛會[2]。國內最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司為賽事提供全流程的EDA設計工具。國內領先的半導體芯片制造企業華潤上華科技有限公司將為獲獎的參賽隊伍提供參賽作品流片機會。“大學生集成電路設計大賽”已經成為國內集成電路企業開展教育合作，發現優秀人才和展示企業成果的平臺。同時，“大賽”也是培養學生創新精神和實踐能力的重要環節[3]。現結合參加4屆“大學生集成電路設計大賽”談一談我校集成電路版圖設計實踐課程教學的改革。

1 基于Aether工具，構建集成電路版圖設計實踐教學平臺

集成電路設計人才的培養離不開實踐教學平臺的建設。建立集成電路版圖設計實踐教學平臺主要是選擇合適的EDA工具，為學生提供一個良好的軟硬件環境。目前集成電路設計的EDA工具很多，其中Synopsys、Cadence和Mentor等公司的產品占據了EDA工具市場90%以上的份額[4]，但是這些EDA工具售價相當昂貴，大部分高校無力支付每年高額的Licence費用。“大學生集成電路設計大賽”由國內最大EDA軟件提供商北京華大九天軟件有限公司提供全流程的EDA設計工具。為了讓我校的學生盡快熟悉并掌握大賽所用EDA設計工具，調動更多的學生參加“大賽”，我校與華大九天軟件有限公司共同創建了北京華大VLSI EDA實驗室，配備了華大九天EDA系統，并及時調整版圖設計實踐教學平臺，構建了基于Aether工具的版圖設計實踐教學平臺。該平臺不僅為本科生教學服務，同時也面對本專業學習全天開放，學生可以借助平臺，利用課余時間提高集成電路設計相關創新精神和實踐能力的培養。此外，該平臺也為學生參加并完成集成電路設計大賽的任務提供了保障。

北京華大九天軟件有限公司自主研發的Aether是一個完整的數模混合信號IC設計平臺，包含設計數據庫管理 (Design Manager)、工藝管理 (Technology Manager)、原理圖編輯器 (Schematic Editor)、混合信號設計仿真環境 (MDE)、版圖編輯器 (Layout Editor)、原理圖驅動版圖 (SDL) 和混合信號布線器 (MSR)等模塊；無縫集成了華大九天SPICE仿真工具ALPS-AS、數模混合信號仿真工具ALPS-MS，混合信號波形查看工具iWave，物理驗證工具Argus和寄生參數提取工具RCExplorer，同時可以集成其它主流的第三方工具，使整個設計流程更加平滑、高效[5]。

2 優化課程內容，突出課程特點

集成電路版圖設計是銜接集成電路設計與制造的關鍵環節，在電子科學與技術專業的學習與職業能力培養中起到重要作用。通過版圖設計，可以將立體的電路轉化為二維的平面圖形，在通過工藝加工轉化為基于半導體硅材料的立體結構[6]。據相關統計機構研究近些年電子科學與技術專業的應屆畢業生從業趨勢發現，由于與本科生相比研究生具有更多的電路知識儲備，因此，在集成電路設計領域，各大型企業、研究機構更傾向招聘研究生及以上學歷的高水平人才。而在以集成電路版圖為代表包括集成電路測試以及工藝等與集成電路設計相關的領域，相對而言對電路設計知識的要求不高，因而這些崗位對本科生而言更具競爭力。從這個角度而言，集成電路版圖設計實踐課程對本科生將來就業或進一步深造奠定了堅實的基礎。

鑒于集成電路版圖設計課程在微電子技術專業的學習與能力培養過程中的重要作用，結合分析參加的幾屆“大賽”中學生存在的問題與不足，我校及時調整集成電路版圖設計實踐課程教學內容。目前，在集成電路版圖設計實踐教學過程中，通過講解版圖設計流程及方法，帶領學生完成一個基于標準CMOS工藝的全定制反相器的設計。學生在這個過程中不僅學習了集成電路設計流程，而且熟悉并掌握Aether工具的使用，并進一步理解集成電路版圖設計過程中各層掩膜版的作用及繪制步驟，如N阱掩膜版、有源區掩膜版、硅柵掩膜版、MOS管源區掩膜版、MOS管漏區掩膜版、接觸孔掩膜版、金屬1層掩膜版、過孔掩膜版、金屬2層掩膜版。完成反相器版圖的繪制后，要求學生完成該版圖的DRC及LVS驗證。通過反相器的學習，學生能夠獨立完成一些基本數字單元的版圖設計，并通過調用這些基本單元完成D觸發器或3-8譯碼器等單元電路的版圖設計及驗證。在這個過程中，學生又進一步掌握了層次化電路的設計方法。此外，集成電路版圖設計實踐課程中還安排了模擬電路版圖的設計內容，不僅要求學生掌握多晶硅電阻、平板多晶硅電容和金屬多匝螺旋電感等常用無源器件版圖設計方法，還要求學生完成一款簡單運算放大器的版圖設計及驗證。

通過集成電路版圖設計課程的學習，學生不僅掌握了Aether工具的使用，并且掌握了集成電路版圖設計的基本方法，同時也為學生參加集成電路設計大賽創造了條件，進一步激發了學生參加集成電路設計大賽的熱情和將來從事版圖設計相關行業工作的信心。

3 結束語

集成電路版圖設計實踐課程在培養應用型集成電路人才的過程中起著至關重要的作用。“大學生集成電路設計大賽”為集成電路版圖設計相關課程的改革提供了強有力的推動作用。通過總結參加4屆“大學生集成電路設計大賽”的經驗與教訓，我校及時調整集成電路版圖設計實踐課程教學內容，并進一步完成實踐教學平臺搭建，更好的與集成電路產業發展需求相結合，進一步提高學生的實踐動手能力，培養學生的創新精神。

[1]國家集成電路產業發展推進綱要．中央政府門戶網站．http://www．gov．cn/xinwen/2014-06/24/content_2707360．htm．

[2]大學生集成電路設計大賽．http://www．nuicdc．com/ index．php?m=content&c=index&a=show&catid=9&id=3．

[3]胡小玲,袁穎,劉榿．結合集成電路設計大賽談創新能力的培養[J]．電子世界,2012, 1:163–164．

[4]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．

[5]北京華大九天軟件有限公司．設計平臺Aether．http://www．empyrean．com．cn/index．php?m=content&c= index&a=show&catid=125&id=50．

[6] 陸學斌．集成電路版圖設計[M]．北京:北京大學出版社,2012．

胡小玲（1971-），女，陜西人，碩士研究生，講師，研究方向：集成電路設計。