王昊 孔令榮

[摘 要]集成電路課程是我院電子電氣工程學院電子科學與技術專業(yè)的骨干課程。集成電路課程教學應結合主體性個性化模式，通過找準定位，增加實踐環(huán)節(jié)措施，進行教學改革。充分利用Tanner Pro和FPGA平臺，著力提升學生學習熱情，使學生熟悉集成電路設計流程，具有集成電路版圖設計、測試等能力。

[關鍵詞]集成電路 教學改革 Tanner Pro FPGA

[中圖分類號] G423.07[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）07-0165-02

集成電路課程是我院電子電氣工程學院電子科學與技術專業(yè)的骨干課程，其與半導體物理基礎、集成電路制造與工藝等課程共同構成了電子科學與技術專業(yè)微電子方向課程群。該課程旨在要求學生掌握堅實的模擬、數字集成電路的分析和設計方法，能夠從事集成電路及系統(tǒng)設計、版圖設計、芯片加工、芯片測試等方面的工作。

一、教學改革的起因

（一）人才培養(yǎng)目標錯位

集成電路公司需求人才類型不一而同。如數字集成電路方面，包括算法設計、RTL、邏輯綜合、布局布線、測試等;而模擬集成電路方面，包括電路設計、版圖設計、DRC、LVS、生成GDSII、測試等。人才的需求既有高端也有低端。我院屬于獨立學院，以本科生培養(yǎng)為目標。獨立學院的本科生無法與研究生競爭，相比于其他一本、二本院校也處于一定的劣勢，在人才的需求端明顯處于低端。然而本課程的培養(yǎng)目標卻以算法設計、電路設計等高端人才需求為主，導致學生就業(yè)錯位。

（二）實踐性教學缺失

集成電路課程是門實踐性很強的課程，但傳統(tǒng)的教學過于重理論，而企業(yè)招聘，看中的是學生動手的能力，只知道一些公式、概念的學生，難以吸引企業(yè)眼球，造就了部分畢業(yè)生找不到合適的工作。

二、改革的思路

結合我院《南京理工大學泰州科技學院大學生主體性個性化教育培養(yǎng)方案》，在加強主體性，彰顯個性化發(fā)展的目標下，堅持正確的人才培養(yǎng)目標定位很重要。因此，改革找準定位是關鍵。應在指導學生掌握系統(tǒng)集成電路框架知識的前提下，著力引導學生掌握集成電路制造、版圖設計、RTL、邏輯綜合、布局布線、測試等較基礎的技能，使其具有一定的微電子工程實踐能力和工程素養(yǎng)。

（一）弱化抽象理論

弱化抽象理論實質是定位的問題。集成電路，尤其是模擬集成電路，有過多公式的推導和抽象理論。理論的重要性在于集成電路的算法設計、電路設計等對于高端人才的培養(yǎng)尤為重要。而高端人才的培養(yǎng)明顯偏離我院的培養(yǎng)目標。過多的強調抽象理論，不利于學生主體性的發(fā)揮。

（二）加強實踐訓練

該課程的教學定位于使畢業(yè)生有較高的工程素質、較強的實驗技能和動手實踐能力。實踐訓練中，引入Tanner Pro集成電路專用軟件[1]和FPGA開發(fā)平臺。利用課內實驗和課程設計相結合，采用工程項目化管理模式有條件分級教學，突出學生個體化，挖掘學生潛能。

三、改革的具體措施

（一）改革課程體系

組建由模擬和數字集成電路、集成電路課程設計、FPGA系統(tǒng)設計三門課程構成的集成電路課程群。打通模擬集成電路、數字集成電路理論教學和實踐環(huán)節(jié)，讓學生在學中練，練中學。

1.課程合并

教學改革之前，集成電路課程由模擬集成電路設計和數字集成電路設計兩門課程組成。兩門課程分開教學，雖然能夠更為詳盡的講解模擬和數字集成電路，然而知識點龐雜，知識量巨大，高于學生的接受能力，學生反響平平。因此，將模擬集成電路設計和數字集成電路設計兩門課程合二為一，改為模擬和數字集成電路，選用王志功編著《集成電路設計（第3版）》教材。[2]該教材提供了集成電路設計從前端、版圖、流片到封裝測試的完整流程相關知識，并結合設計工具進一步強化了設計實例，具有難度適中，應用性強等特點。

授課過程中，注重和前期課程半導體物理基礎、集成電路制造與工藝的知識銜接，避免知識講解的跳躍性。在講解集成電路材料、結構與理論章節(jié)和集成電路基本工藝章節(jié)時，引入視頻教學，通過讓學生觀看教學錄像、教學圖片，形象地給學生展示制造集成電路的詳細過程，避免純粹語言授課的枯燥，提高教學效果，同時也解決了集成電路工藝線不適宜組織大量的學生進行實地參觀的難題。在講解模擬集成電路基本單元章節(jié)時，弱化放大器各項指標性能的公式推導，專注講解電路工作原理，增強學生的感性認識，減輕學生學習的畏難情緒。

2.開設集成電路課程設計課程

學生能夠熟練使用EDA軟件，熟悉EAD軟件開發(fā)設計的流程非常重要。開設集成電路課程設計課程旨在培養(yǎng)學生電路仿真、版圖設計、布局布線等技能。該課程教學基于Tanner Pro實踐教學平臺。在實踐教學的平臺選擇中，有Cadence、Synopsys等公司產品，但這些軟件昂貴，使用成本較高。基于我院實際，本著經濟實用性原則，最終選擇了Tanner Pro實踐教學平臺。Tanner Pro軟件是由Tanner Research 公司開發(fā)的基于Windows平臺的用于集成電路設計的工具軟件。該軟件功能十分強大，易學易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit與LVS，從電路設計、分析模擬到電路布局一應俱全。其中的L-Edit版圖編輯器在國內應用廣泛，具有很高知名度。

結合人才定位，該課程注重培養(yǎng)學生L-Edit版圖編輯器的使用。L-Edit版圖編輯器包含IC設計編輯器（Layout Editor）、自動布線系統(tǒng)（Standard Cell Place & Route）、線上設計規(guī)則檢查器（DRC）、組件特性提取器（Device Extractor）、設計布局與電路netlist的比較器（LVS）等模塊，用于電路特別是模擬集成電路的版圖設計。[3]

該課程包含基礎性實驗和綜合性實驗。基礎性實驗，充分發(fā)揮學生主體性，要求每個學生都必須完成。綜合性實驗，體現學生個性化，設置難度梯度及不同的側重訓練方向，學生可根據自身掌握能力和興趣，自由選擇。

3.開設FPGA系統(tǒng)設計課程

FPGA系統(tǒng)設計課程任務是講解Verilog或VHDL語言，要求學生利用所學硬件描述語言，編寫測試腳本文件，在FPGA硬件平臺上進行軟件測試。[4]該課程以我院“FPGA系統(tǒng)設計實驗室”為依托。我院“FPGA系統(tǒng)設計實驗室”設有多套FPGA硬件開發(fā)實驗箱和邏輯分析儀，選用Altera公司CycloneII系列，能夠滿足一般的驗證和測試要求。

在FPGA系統(tǒng)設計課程學習中，要求學生從基本的與非門芯片開始，再到復雜的總線接口芯片。利用FPGA硬件開發(fā)實驗箱搭建測試平臺，在QuartusII、Modelsim軟件中，完成測試腳本文件的編寫，通過邏輯分析儀或者示波器觀察測試波形。

（二）改革考核體系

之前的考核模式，僅通過一張試卷來考查學生掌握知識的情況，缺乏全面性與科學性。因此將考核的重心從理論轉向實踐，變結果性考核為過程性考核。在授課的課程中，根據學生課堂的表現，特別是實踐訓練課程完成實驗的情況，給學生打分。完成實驗難度的等級越高，得分越高，從而激發(fā)學生學習的熱情。

（三）加強學生就業(yè)引導

據相關部門統(tǒng)計，極少數集成電路設計專業(yè)的本科畢業(yè)生會從事集成電路高端設計方向相關工作。這是因為一方面本科生基本知識儲備不夠，更主要的原因是設置集成電路設計專業(yè)研究生課程的高等院校越來越多。[5]然而，隨著集成電路產能的急速釋放，以及EDA開發(fā)工具的發(fā)展，集成電路較低端設計的人才需求逐漸從研究生向本科生傾斜。集成電路版圖、集成電路工藝以及集成電路測試等與集成電路設計相關的工作崗位對集成電路設計知識的要求較低。從事上述幾個工作崗位若干年將有助于從事集成電路設計工作。就個人的長遠發(fā)展而言，集成電路版圖、集成電路工藝以及集成電路測試等工作崗位對于本科生而言更具有競爭力。因此，在學科專業(yè)講座時，加強學生就業(yè)引導，避免就業(yè)時與高端人才競爭，找準自我就業(yè)方向。

同時，定期舉辦學術報告會，讓學生了解集成電路產業(yè)的最新發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢，了解相關人才市場需求，了解就業(yè)前景，從而激發(fā)學生的學習興趣，充分調動學生的學習積極性。

四、結語

隨著我國經濟轉型升級速度加快，集成電路產業(yè)的基礎性、戰(zhàn)略性、先導性的地位愈發(fā)凸顯。黨中央國務院高度重視集成電路產業(yè)，并于2014年6月24日正式發(fā)布了《國家集成電路產業(yè)發(fā)展推進綱要》，開啟了國家集成電路產業(yè)的盛宴。在集成電路人才巨大需求的形勢下，找準學生定位，強化理論與實踐的結合，將有助于提升我院學生的競爭力。

[ 注 釋 ]

[1] 李鴻強.以工程需求為導向的集成電路設計閉環(huán)教育研究[J].教育教學論壇，2009（44）：89-90.

[2] 王志功，陳瑩梅.集成電路設計（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[3] 李冰.兩門集成電路課程的教學模式改革[J].電氣電子教學學報，2009（3）：6-8.

[4] 吳文光.微電子專業(yè)集成電路設計實踐課程的建設與研究[J].信息技術，2009（26）：10-12.

[5] 謝海情，唐立軍，文勇軍.集成電路設計專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索[J].中國電力教育，2013（28）：29-30.

[責任編輯：鐘 嵐]