集成电路工程专业硕士lC设计案例建设探索

袁 军 王 振

(重庆邮电大学 重庆 400065）

《中国集成电路产业人才白皮书（2019-2020年版）》统计分析，到2020年前后，我国集成电路产业人才需求规模约为72万人，截至2017年底，我国集成电路产业现有人才存量为40万人左右，人才缺口达32万人，年均人才需求为10万人左右，而我国每年高校集成电路专业领域毕业生中仅有不足3万人进入本行业就业。解决我国集成电路人才资源供需问题的同时，也要注重高端人才队伍建设，在保“量”的同时，朝提“质”的方向转变，对此，高校集成电路专业硕士研究生教育将会成为重点。

集成电路工程领域是国务院学位委员会批准的招收全日制专业学位硕士研究生的学科领域，培养集成电路设计与应用、半导体器件与工艺、半导体制造、测试与封装等方面的高级工程技术人才，能够掌握解决集成电路工程问题的先进技术方法和现代技术手段，具有从事科学研究工作及独立从事专门技术工作的能力以及严谨求实的科学态度和工作作风，能胜任研究机构、高等院校和产业部门有关方面的教学、研究、工程开发及管理工作。本专业具有较强的工程技术特色，工程实践经验目前是本专业硕士研究生培养的短板，因此，需要以专业实践为导向，重视实践和应用，必须对现有教学内容及教学方式进行改革，以提高理论与实践的结合性[1]。案例教学以解决现实问题为目的，其本质是激发学生的创新思维。大多数学者认为案例教学对深化教学方式改革有重要作用。案例教学将理论知识与现实问题相结合，多层次、多角度对现实案例进行剖析，可加深学生对问题的理解，启发研究生的创新意识和思维[2]。因此，针对集成电路工程专业开展案例教学，是学生接触集成电路专业工程问题，分析工程实践问题，解决工程实践问题能力培养的有效途径，可提升集成电路工程专业硕士研究生培养质量，为中国集成电路产业发展提供支撑。

一、教学案例建设思想

集成电路工程教学案例，结合集成工程实践项目，可帮助集成电路工程专业硕士研究生理解工程项目实施流程和技术，培养学生针对具体研究目标和需要解决的问题，分析问题并寻找解决方案。因此，在构建集成电路工程教学案例时需要把握以下几个核心要素：

（一）理论知识与实践融合

扎实的理论基础是工程实践的前提，无论是数字集成电路还是模拟集成电路，亦或是混合信号集成电路中的大量经典电路、电路分析方法和电路设计思路，必须通过工程实践项目才能发挥真正功用。通过集成电路设计教学案例，建立起理论知识向实践转化的桥梁，可帮助学生理解理论知识点转化为应用技术的过程，从而实现理论知识与实践融合。因此，建设教学案例时，需要兼顾理论知识的讲解及其工程应用实践的呈现。

（二）提升集成电路工程专业研究生发现、分析和解决集成电路设计问题的能力

发现问题、分析问题和解决问题，是研究生培养中的重要能力，是科研必备素质。针对实际工程问题，案例中给出工程问题背景，就具体问题给出解决问题的思考过程，结合理论分析探讨解决方案，确定可行的解决方案；借助集成电路设计工具，通过仿真、实验结果等手段验证解决方案；最终，根据问题的解决方案、实施路线和实验结构，确定最终方案。通过案例的讲解，启发学生发现真实环境需要解决的问题，并用集成电路设计领域解决问题的思路思考解决问题的办法，结合可行的手段和工具给出解决方案，使集成电路设计类研究生发现问题、分析问题和解决问题的能力得以提升。

（三）熟练专业工具使用，合理设计实验路线

集成电路设计本身是一个门槛较高的行业，从完成设计相关课程的理论学习到有能力解决集成电路设计类课题，需要多环节的重复训练。集成电路工程教学案例，需覆盖广泛应用场景，包含材料的选取、器件结构设计分析，经典电路设计、大规模集成电路设计、系统级建模、应用层面系统级综合建模等，需要不同系统建模工具、EDA工具、编程语言等，案例建设中需要使研究生快速理解集成电路设计各环节中的工作内容，尽快熟练各种EDA工具使用，能投入集成电路设计工具项目研究。

二、教学案例知识结构选择

集成电路工程是一项复杂的工作，需要多学科交叉融合，而集成电路工程专业硕士培养学生在材料、器件、工艺、集成电路设计、封装与测试等多方面的研发能力。因此，集成电路工程教学案例需要覆盖多个课程知识，如图1所示，案例库建设内容应当覆盖三个方面的知识和技术应用。

图1 lC设计案例库建设知识结构

数字集成电路设计方面，从基础数字逻辑基础入手，融入最新数字集成电路设计方法和自动化，借助HDL完成系统或结构设计、实现半定制或全制定的数字集成电路设计流程。

模拟集成电路设计方面，需要有扎实的材料和器件工艺知识，进而为模拟集成电路设计提供基础，便于较为深入地理解模拟集成电路设计中器件对电路功能的影响，优化电路参数设计和电路结构选择。因此，需要建立模拟器件的物理特性分析相关教案，详解晶体管性能特性，然后分析经典模拟电路，从电路结构的选取、参数设定到特性仿真的案例内容建设，形成整体模拟电路设计流程。模拟集成电路设计的进阶设计是模数混合集成电路设计，混合信号集成电路设计教案集合数字电路和模拟电路基础，在同一芯片中既有数字电路也有模拟模块的存在。采用集成混合信号集成电路设计环境，打造典型的混合信号电路实现案例，全方面展示混合信号集成电路设计研究过程。

综合应用方面，集成电路工程需要有较强的应用背景，建立系统的概念，系统中的集成电路都不是单独工作的，也不会只有数字部分或模拟部分，应包含各种信号处理、各种技术运用的综合体。集成电路综合应用案例的建设，能更真实地反应集成电路在真实的工程项目中的位置、方法和面临的问题等因素，从而指导集成电路工程专业领域研究生对集成电路的研究。

三、教学案例编制

教学案例编写包含两大部分：案例正文和教学案例使用说明。为清晰、有效的给学生展示基于研究目标或工程问题进行的问题分析和解决过程，以问题为目标的逻辑结构设计中，关于案例内容有几个部分必须重点说明：

案例背景介绍。讲述案例的由来背景，设计应用或研究范围，重点是阐述当前的研究和工程问题的痛点，从而引出案例设计目标。

案例解决的问题或设计目标。从技术研究角度分析需要设计目标，结合问题应用背景中的理论知识，多维度比较现有技术的发展现状，说明当前研究的可能性，从而阐述目标设定的合理性。

解决方案。针对问题和设计目标，构建解决问题的逻辑导图，重点描述研究过程中各种问题的思考过程，给学生展示出思考问题对策时的逻辑过程，如何构建有效的研究路线、实验方案等。

结果。针对设计目标，分析结果达成情况，借用参数描述分析各种指标的达标情况，从而分析和思考最终的优缺点，有可能的优化手段。

除教学案例本身内容，还应给出案例的使用说明和建议，为教师提供指导性参考。重点包括教学案例的目的与用途、培养专业能力阐述、教学内容、启发思考题和建议课堂计划等。

四、结束语

本项目聚焦于集成电路产业链中电路设计环节相关的教学案例建设。从类别上讲，既包含数字集成电路，也包含模拟集成电路，还包含混合信号集成电路，达到满足各种应用环境中对集成电路设计要求全覆盖的案例打造。探讨在案例库建设中，应当覆盖集成电路工程专业设计知识点，同时案例内容编写中始终把学生能力培养放在首位，围绕学生分析问题和解决问题的能力培养组织案例的选取、编写和讲述。