摘要：集成電路設(shè)計是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，對信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。在未來幾年內(nèi)，集成電路設(shè)計人才的需求量將急劇增加。本文探討如何在計算機專業(yè)教學(xué)中引入集成電路設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任集成電路設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：計算機科學(xué)與技術(shù)；集成電路設(shè)計；教學(xué)計劃；課程設(shè)置

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913（2007）02-0063-03

1引言

集成電路(Integrated Circuit，簡稱IC)就是通常所說的芯片。集成電路是整個信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，現(xiàn)在的計算機設(shè)備、通訊設(shè)備、消費類電子設(shè)備等各種各樣的信息設(shè)備幾乎都是以集成電路為核心所構(gòu)建的。比如說計算機是以中央處理器芯片(CPU)、存儲器芯片等芯片為核心構(gòu)建的系統(tǒng)，電視機是以圖像處理芯片、解碼芯片等芯片為核心構(gòu)建的系統(tǒng)，因此集成電路是各種信息設(shè)備的關(guān)鍵核心技術(shù)所在。

目前，我們國家的信息產(chǎn)業(yè)正處于飛速發(fā)展時期，市場容量巨大。但是由于代表核心技術(shù)的集成電路主要依賴進口，使得我們國家信息產(chǎn)業(yè)的自有技術(shù)含量較低、利潤空間降低，這種情況持續(xù)下去，將會極大地制約和阻礙我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，甚至威脅到國家的安全。因此，盡快提高我國集成電路設(shè)計水平，培養(yǎng)我們自己的集成電路設(shè)計人才已成為大勢所趨。在這種情況下，國務(wù)院于2000年頒發(fā)了18號文件，大力支持和發(fā)展我國的集成電路產(chǎn)業(yè)[1]，從此我國的集成電路設(shè)計業(yè)進入了一個快速發(fā)展時期。在2000年，我國的IC設(shè)計公司僅有數(shù)十家， IC設(shè)計人員3000人；到2004年底，全國集成電路設(shè)計企業(yè)總數(shù)已達500多家，IC設(shè)計人員2萬人；預(yù)計到2008年，IC設(shè)計公司將突破800家，需要IC設(shè)計人才30萬人[2]。

與巨大的人才需求相比，我國現(xiàn)行的高等教育體系缺乏相應(yīng)的集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)機制。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)高等院校的教學(xué)計劃和課程體系缺乏集成電路設(shè)計的有關(guān)課程和相關(guān)實驗，這種狀況造成我國集成電路設(shè)計人才的極度匱乏和集成電路設(shè)計業(yè)整體水平較低。由于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)與集成電路設(shè)計所需的知識結(jié)構(gòu)比較相近，只需增加少量與集成電路設(shè)計有關(guān)的課程和實驗，即可使計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生能比較系統(tǒng)地掌握集成電路設(shè)計的理論、方法和技術(shù)。因此，我們認為有必要改革現(xiàn)行的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃，適當(dāng)增加與集成電路設(shè)計有關(guān)的課程和實驗，這樣就能使計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生勝任集成電路設(shè)計工作，從而有效緩解我國集成電路設(shè)計人才匱乏的現(xiàn)狀，提高我國集成電路設(shè)計從業(yè)人員的整體素質(zhì)和水平。

本文就如何在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)中引入集成電路設(shè)計有關(guān)內(nèi)容進行了探討，包括課程設(shè)置、實驗項目設(shè)置與實驗室建設(shè)等內(nèi)容。

2課程設(shè)置

（1）課程設(shè)置思想

在確定課程設(shè)置方案時，首先要明確人才培養(yǎng)目標(biāo)。我們將集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)目標(biāo)定位于能夠從事各類電子信息系統(tǒng)的電路設(shè)計與開發(fā)，并且具有一定的原始創(chuàng)新能力，即具有從系統(tǒng)的設(shè)計思想、方法到集成電路設(shè)計與實現(xiàn)所需的一系列知識與能力。另外，要充分考慮到集成電路設(shè)計是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及到計算機科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通訊工程、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的內(nèi)容。因此，課程設(shè)置要覆蓋到所需要的知識點，從而構(gòu)成完善的知識體系。

根據(jù)上述要求，我們認為集成電路設(shè)計所需的知識結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括以下三個主要部分：基本理論與知識、集成電路設(shè)計原理、方法與技術(shù)以及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域知識。其中，基本理論與知識部分包括數(shù)學(xué)、物理、電子學(xué)、計算機等相關(guān)課程，主要包括以下幾門課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、離散數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件電子學(xué)、計算機語言與程序設(shè)計、計算機組成與系統(tǒng)機構(gòu)、微機原理與接口技術(shù)等。這些課程為集成電路設(shè)計人才奠定了雄厚的理論基礎(chǔ)，為其以后從事創(chuàng)新性的設(shè)計工作鋪好了基石。另外，這些課程在現(xiàn)行的計算機專業(yè)教學(xué)計劃中基本上都有，幾乎不需要額外增加。集成電路設(shè)計原理、方法與技術(shù)部分主要包括以下幾門課程：超大規(guī)模集成電路設(shè)計方法學(xué)、硬件描述語言、集成電路EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)等[3]。超大規(guī)模集成電路設(shè)計方法學(xué)主要介紹集成電路設(shè)計原理、方法、流程等內(nèi)容；硬件描述語言是進行集成電路設(shè)計必須掌握的工具性語言，目前應(yīng)用最廣泛的硬件描述語言有兩種：Verilog和VHDL，可以根據(jù)情況選用其中任何一種；集成電路EDA技術(shù)介紹集成電路輔助設(shè)計工具的原理及使用方法，主要包括仿真、綜合優(yōu)化、布局布線、時序分析、版圖驗證、功耗分析、FPGA驗證等各種工具的原理及使用方法。這些課程向?qū)W生提供了集成電路設(shè)計與實現(xiàn)所需的專業(yè)知識和技能，構(gòu)成了將設(shè)計思想轉(zhuǎn)換為實際電路所需的知識平臺。相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域是指應(yīng)用集成電路實現(xiàn)或構(gòu)造自己產(chǎn)品的領(lǐng)域。任何一款集成電路芯片都有它的應(yīng)用領(lǐng)域或者說是應(yīng)用環(huán)境，比如：數(shù)字圖像處理芯片應(yīng)用于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，手機芯片應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，數(shù)據(jù)加密芯片應(yīng)用于信息安全領(lǐng)域等。任何一款集成電路芯片的功能和性能都由其應(yīng)用領(lǐng)域或應(yīng)用環(huán)境所決定，因此集成電路設(shè)計者首先應(yīng)該了解應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)知識，然后進行需求分析并抽象出具體的功能和性能指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上才能進行芯片的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路設(shè)計與實現(xiàn)。由于集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及到的課程也很多，不可能每個學(xué)生將所有應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)課程都學(xué)完，因此相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域知識部分的課程可作為選修課程，由每個學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛好和基礎(chǔ)選修一門或幾門課程。

（2）課程設(shè)置方案

根據(jù)上述課程設(shè)置思想，我們只需將現(xiàn)有計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃作適當(dāng)調(diào)整，增加少量課程，就可以使計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生具有集成電路設(shè)計能力。增加的這些課程可以作為一個專業(yè)方向教學(xué)模塊供有興趣的學(xué)生選修。下面給出一個集成電路設(shè)計方向教學(xué)模塊的課程設(shè)置方案，見表1。

學(xué)生在學(xué)完計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修課的基礎(chǔ)上，通過選修集成電路設(shè)計方向教學(xué)模塊中的三門必選課和某些任選課，就可以形成有關(guān)集成電路設(shè)計的比較系統(tǒng)的知識體系，從而具有從事集成電路設(shè)計的能力。這樣能夠有效地改變當(dāng)前計算機專業(yè)學(xué)生大多只會軟件設(shè)計而不懂硬件設(shè)計的現(xiàn)狀，完善計算機專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，使其更加符合信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，具有更強的原始創(chuàng)新能力。

3實驗項目設(shè)置與實驗室建設(shè)

集成電路設(shè)計是一個實踐性很強的學(xué)科方向，必須通過大量的實驗才能真正掌握有關(guān)的知識和技能，因此我們在有關(guān)課程中都加大了實驗課時，以便加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解并提高其動手能力。下面給出了一個實驗項目設(shè)置方案，見表2。

為了支持上述實驗項目的開展，必須建立一個集成電路設(shè)計實驗室，該實驗室所需的硬件設(shè)備包括PC機、工作站、FPGA開發(fā)板、CPLD開發(fā)板、邏輯分析儀等，軟件工具包括仿真軟件、綜合優(yōu)化軟件、布局布線軟件、時序分析軟件等。

4結(jié)束語

當(dāng)今我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是：大力提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品的自有技術(shù)和核心技術(shù)的含量，從而提高產(chǎn)品的利潤空間和競爭力。因此，代表信息產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的集成電路設(shè)計就成為一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科方向。我國現(xiàn)行的高等教育體系缺乏相應(yīng)的集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)機制，從而造成我國集成電路設(shè)計人才的極度匱乏。為此，我們建議適當(dāng)調(diào)整計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)計劃，增設(shè)一個集成電路設(shè)計方向的教學(xué)模塊供學(xué)生選修，這樣，只需增加少量課程即可使學(xué)生比較系統(tǒng)的掌握集成電路設(shè)計理論、方法和技術(shù)，從而不僅完善了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高了學(xué)生的就業(yè)競爭力，而且能夠有效地緩解我國集成電路設(shè)計人才匱乏的現(xiàn)狀。

參考文獻:

[1]國務(wù)院2000年18號文件.鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策［EB/OL］. http://www.scoba.org/links/doc18.htm.

[2]人才缺口25萬 IC設(shè)計人才最低年薪八萬［EB/OL］. http://news.csdn.net/news/newstopic/16/16326.shtml.

[3]西安電子科技大學(xué)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)介紹［EB/OL］. http://daxue.learning.sohu.com/school_schoolmajor_2293.html.

投稿日期：2006-07-31

作者簡介：曲英杰（1964－），男（漢族），山東青島人，教授，博士，研究方向：集成電路設(shè)計、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信息安全。

基金項目：青島科技大學(xué)教學(xué)研究項目。