集成電路設計本科專業(yè)建設探索

李大為 劉聰 陳錕 朱翠濤

[摘 要] 集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè)是我國為適應信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求而設置的新興專業(yè)，由于該專業(yè)與電子信息、自動化等多個專業(yè)之間的交叉性、融合性，目前存在著開設時間短、經(jīng)驗不足等多種問題，因此，如何有效、合理地建設該專業(yè)的課程體系是值得重點討論的問題。以中南民族大學電信學院學科現(xiàn)狀為案例，針對學院民族地區(qū)學生電路尤其是模擬電路、射頻電路基礎薄弱的特點，科學分析學生，結合產(chǎn)業(yè)職位要求，適當選取課程內(nèi)容。遵循學生學習的基本規(guī)律，穿插課程設計和工業(yè)設計實例，探討建設集成電路設計專業(yè)課程的作用與意義。

[關鍵詞] 集成電路設計;交叉;難題;學科建設

[基金項目] 2019年度中南民族大學校級教研項目“新工科背景下復合教學模式在集成電路設計課程中的應用”（JYX19080）; 2020年度教育部新工科研究與改革實踐項目“服務產(chǎn)業(yè)需求的民族院校集成電路專業(yè)建設探索與實踐”（E-DZYQ20201422）

[作者簡介] 李大為（1989—），男，湖北監(jiān)利人，博士，中南民族大學電子信息工程學院講師，主要從事模擬與射頻集成電路設計研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）31-0084-04? ? [收稿日期] 2021-01-30

一、引言

近年來，集成電路對信息學科的作用越來越重要，集成電路不僅是電子信息系統(tǒng)的基礎，而且作為核心一直推動著信息學科的進步。集成電路的發(fā)展離不開人才，高質(zhì)量的人才是我國集成電路技術進步的關鍵。但我國現(xiàn)有集成電路培養(yǎng)方向存在較大差異，同時國內(nèi)各大高校每年培養(yǎng)出來的集成電路設計專業(yè)人才遠遠不夠，每年人才缺口高達10萬人。針對這些問題，相關高校正大力推動集成電路設計學科的建設，尤其是近期教育部學位委員會也正式設置“集成電路科學與工程”一級學科。可以預見，接下來將會迎來集成電路設計學科建設的高峰期。

二、中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀

（一）集成電路設計學科的發(fā)展

集成電路（Integrated Circuits，簡稱ICs）在著名的摩爾定律影響下，晶體管數(shù)目平均每2年會增加一倍。正是由于集成電路技術的不斷進步，以前“在電路板上搭建元器件”的電子系統(tǒng)構成方式，變成了現(xiàn)在的單一芯片。這種技術的革新，為電路設計的分工、分級帶來了翻天覆地的變化。

由于歷史的原因，國內(nèi)集成電路設計學科存在三個一級學科，這三個一級學科分別是微電子、電子科學與技術及電子工程專業(yè)。對微電子專業(yè)而言，專業(yè)核心課主要涉及元器件的構造與材料，研究方向包括半導體器件、工藝與材料;電子科學與技術專業(yè)雖然與微電子專業(yè)名字不同，但其核心仍然是材料與器件，電路設計及電路的應用仍然涉及較少;電子工程負責搭建整體電子系統(tǒng)，比如電信、自動化、通信等專業(yè)，主要負責的是將基本元器件搭建成完整的電子系統(tǒng)，還包括高級電子系統(tǒng)的開發(fā)與應用。雖然這三個專業(yè)都學習基本的電路課程，但前兩個專業(yè)核心課程偏向了材料，這就導致傳統(tǒng)的集成電路設計學科更注重電子材料、半導體材料的研究，而事實上，材料與物理、數(shù)學一樣，只是專業(yè)基礎課，集成電路設計學科具體來說是一門包含基本器件、電路設計、應用電子技術、通信網(wǎng)絡、計算機架構等學科的龐大的學科體系，課程的設置應能延伸到計算機體系結構頂層，而在頂層，一些開源指令集處理器如RISC-V處理器則不需要太多材料知識。

然而一直以來，集成電路設計專業(yè)只是微電子專業(yè)或者電子科學與技術專業(yè)下的“三級學科”，甚至連“二級學科”都排不上，“二級學科”一般為微電子學與固體電子學。我國開設微電子專業(yè)或電子科學與技術歷史悠久，可以追溯到20世紀50年代，相關教師由物理與電子材料方向教師衍變過來，相關教師的研究方向也直接導致了微電子專業(yè)在最開始設立時是為了研究半導體材料，其核心課程為半導體物理、材料和化學，主要研究的是元器件的材料，雖然可能有一兩門電路設計的課，但整個電路設計課程不成體系，更不涉及芯片使用。甚至一些院校沒有相關電路設計師資，電路設計課程由材料方向教師開設，而電路設計需要實戰(zhàn)經(jīng)驗與積累，這必然導致一些“水課”;還有一些院校由于招不到相關師資，電路方向課程完全不開，只上材料的核心課，雖然名字叫法不一，但課程實質(zhì)已與材料和化學學院無異。這種分類在10年前集成電路設計學科僅僅研究各種元器件的構成時是沒有問題的，但在集成電路設計學科逐漸演變成整個電子系統(tǒng)學科的今天，這種分類已經(jīng)不合時宜。

另一個不可忽視的問題是，設置在微電子專業(yè)或者電子科學技術下的集成電路設計學科也極大地影響了集成電路行業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)如今，各大高校教師唯SCI論文，SCI論文關系到高校教師職稱的晉升和一系列福利的提升，這雖然提高了教師們的科研積極性，但也使得研究方向過于功利化。具體到集成電路設計專業(yè)上來說，芯片設計周期長，經(jīng)費投資巨大，但電子材料與器件方向科研周期短，發(fā)表論文影響因子高。例如，國際上影響最高的集成電路設計刊物JSSC（Journal of Solid-State Circuits），影響力因子4.X，處于SCI二區(qū)，整個中國大陸極少能有人發(fā)表;而AM（Advanced Materials）這類材料期刊，影響力因子20.X，處于SCI一區(qū)，國內(nèi)每年都有幾百篇。這就導致國內(nèi)的集成電路中材料占統(tǒng)治地位，電路設計相對弱勢，而事實上我國集成電路材料技術在國際上處于非常落后的地位，電子材料研究方向與整個產(chǎn)業(yè)嚴重脫節(jié)，畢業(yè)生只能臨時學習代碼去找一份軟件類型的工作。可以看出，“集成電路科學與工程”一級學科的確立對中國集成電路設計的發(fā)展是極為重要的，這樣才可以將細分領域的評價標準獨立出來，擯除“唯論文”的缺陷。而在教育部、工信部最新的文件中，也已經(jīng)要求重新建立新的綜合評價體系，以加快電路設計人才培養(yǎng)效率[1，2]。