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在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程,一方面,这些专业的学生有电子电路基础知识,又有自己本专业的知识,可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片,非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作,这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域;另一方面,对于这些专业学生的应用特点,不宜也不可能开设微电子专业的所有课程,也不宜将集成电路设计阶段的许多技术(如低功耗设计、可测性设计等)开设为单独课程,而是要将相应课程整合,开设一到二门集成电路设计的综合课程,使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程,也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此,在课程的具体设置上,应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展,采用EDA工具进行电路辅助设计,已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此,在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上,了解和掌握相关设计工具,是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中,既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践,又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习,一方面,学员掌握了一项实实在在有用的技术;另一方面,学员了解了该项技术的更深和更新的知识,有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上,对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程,因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识,如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等,而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上,这样非微电子专业的学生能够很容易入门,提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则,信息工程大学根据具体实际,在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程,根据近两年的教学情况来看,取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1)集成电路芯片设计概论:介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解,了解IC设计技术的发展历程及基本情况,理解IC设计技术的基本概念;了解IC设计发展趋势和新技术,包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2)IC产业链及设计流程:介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”,以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工,了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况,了解数字IC的整个设计流程,包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3)RTL硬件描述语言基础:主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法,了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法,并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4)系统集成设计基础:主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统(SoC)、片上网络(NoC)的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1)Verilog代码设计实践:学习通过课下编码、上机调试等方式,初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力,并通过给定的IP核或代码模块的集成,掌握大型芯片电路的集成设计能力。2)IC前端设计基础实践:依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler,使学员通过上机演练,初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法,主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3)IC后端设计基础实践:依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler,使学员通过上机演练,初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法,主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1)IC设计基本知识笔试:通过闭卷考试的方式,考查学员队IC设计的一些基本知识,如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2)IC设计上机实践操作:通过上机操作的形式,给定一个具体并相对简单的芯片设计代码,要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台,完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3)IC设计相关领域报告:通过撰写报告的形式,要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献,包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等,撰写相应的专题报告。
3结语
为满足集成电路方面教学和科研的需要,同济大学电子科学与技术系以985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费所购置的设备为主体,充分整合利用本系目前已有的设备,完成了一个覆盖完整的集成电路设计平台的构建。依托同济大学第8期实验教改项目的支持,电子科学与技术系在平台的应用方面进行了有益的探索:针对本科生实验教学完成了集成电路设计系列实验课程开设;在集成电路相关科研项目中进行了实际应用,为科研工作提供了良好的支撑。
【关键词】
集成电路;设计平台;实验教学;科研
进入21世纪之后,集成电路在我国相关产业及教育领域的重要性日益凸显。2000年6月,国务院了纲领性文件《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(国发2000〔18号〕)[1],明确了集成电路作为国家战略性新兴产业的地位。在其后的国家中长期科技发展规划等文件中,均将集成电路列为重要的发展方向,自此我国集成电路产业进入了蓬勃发展的时期。产业的快速发展必然需要科技和教育的配合。基于此原因,国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项—集成电路与软件重大专项,其后教育部、科技部决定在国内有相对优势的高等院校建立国家集成电路人才培养基地,分别于2003年、2004年及2009年分3批批准和支持20所高校进行人才培养基地的建设工作。笔者所在的同济大学为第2批建设的6所高校之一。
同济大学电子科学与技术系成立于2002年,历史较短,在集成电路方面的基础较为薄弱。但自成立之初便将集成电路设计列为最重要的教学与科研方向之一,参考国际知名高校以及国内兄弟院校的先进经验[2-4],在课程设置等人才培养环节进行了积极的探索[5]。但是,集成电路设计强调工程设计实践,如果缺乏相应的设计平台,仅以理论知识为主,会导致培养出的学生与产业需求契合度不高。这也是诸多高校在集成电路设计的实验设置及实践环节进行教学改革和积极探索的原因[6-7]。我系也意识到亟须加强实践环节的相关建设。基于以上原因,我们充分利用985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费的支持,在集成电路设计平台的构建方面进行了积极的尝试。
1建设方案与建设过程
1.1平台建设的基础依托985二期实验室建设、教育部修购计划两项经费为我系的教学改革提供了非常有力的支持,根据各个学科方向的统筹规划,分配约150万元用于集成电路及与系统设计相关的设备购置。购置的设备见表1、表2。除以上两部分设备之外,本系已经部分购置了与集成电路设计相关的设备,如Dell服务器、SUN工作站、各类测试与信号发生设备等。因此,我系已经初步具备了建设一个覆盖半导体器件制备与分析、集成电路设计与测试、系统级设计验证完整流程的专业实验与设计平台的基础条件。
1.2总体构想与平台规划基于上述基础硬件设备,我系在有限的场地资源中安排了专门的场地作为半导体器件与集成电路设计专业实验室,以支持集成电路设计平台的建设。将拟建设的半导体与集成电路设计专业实验室划分为4个功能区:服务器与中央控制区、集成电路设计区、集成电路分析与测试区、系统级设计与验证区。总体的规划如图1所示,功能与设备支撑概述如下。(1)服务器与中央控制区。主要空间用于放置3个机柜、承载两个机架式服务器(HP、Dell)、存储阵列(SAS15000RPM接口、初始配置7.2TB)、一个卧式服务器(超微)以及UPS电源、万兆交换机等供电和网络配件。需注意该部分噪声较大,故应与实验室其他功能区隔离。提供VPN、远程配置以及各类必要的服务,配置完整的EDA工具系统,覆盖集成电路设计全流程。(2)集成电路设计区。20个左右的工位,主要为HP工作站。具备两类工作方式:作为终端登录服务器系统使用;在服务器系统不能提供支持时独立使用。除工作站之外,配备2~3个文件柜、工具柜。(3)集成电路分析与测试区。主要功能为集成电路(晶圆、裸片、封装后芯片)的分析、测试。分析与测试系统以两套手动探针测试台(包括基座、卡盘、ADV显微镜)、超长焦金相显微镜(超长工作距离,2000倍放大)、4套微米级精确位移系统(包括探针、针臂、针座、线缆与接口)为主,并配备2台台式计算机以及信号发生器、稳压电源、逻辑分析仪1台、示波器1台,用作信号发生与记录、信号与图像采集功能。配备两个实验工具柜。(4)系统级设计与验证区。6个工位,配备2~3台计算机。考虑到面积有限,而该区功能较多,以多功能复用的方式设置工位的功能。该区的功能包括:①板级电路设计与测试。主要支撑设备为必要的计算机系统(软、硬件)。多台逻辑分析仪、示波器、信号发生器、万用表、稳压电源、必要的电子元器件及焊接设备等。②基于FPGA的系统设计。主要支撑设备为计算机系统(软、硬件)、4套Virtex-5FPGA系统。③嵌入式系统设计。主要支撑设备为计算机系统、3套VeriSOC-ARM9开发平台、多套PSoC开发套件、多套ARM开发套件、微控制器开发套件等。④集成电路系统级验证。与板级电路与测试共用各类设备。
1.3软硬件系统与设计流程构建基于新购买的存储阵列(NetApp)、服务器(DL380G7)、交换机(CISCO),并整合本系统原有的两台服务器(一台Dell机架式、一台超微立式),构成一个EDA开发服务系统。系统构建方面,我们进行了基于传统的EDA开发环境架构,以及基于虚拟化系统进行构建的两种尝试。存储结构上基于存储阵列,提供足够安全的冗余备份与保护。系统具备负载均衡功能。最终构建的系统可直接支持同一实验室内20台以上HP工作站的同时接入,并提供远程登录支持;以及通过同济大学校园网,提供外网的VPN接入支持。在硬件系统的基础上,我们安装配置了完善的EDA工具链,以提供覆盖全流程的集成电路设计支持。
2教学与科研应用
前述所构建的集成电路设计平台仅是基础的软硬件系统,如果要在实际的教学和科研工作中进行使用,尚需进行相关的课程大纲规划、实验方案设计以及实际的芯片设计检验。通过同济大学第8期实验教学改革项目的支持,我们在这些方面开展了一定的工作,主要包括以下两个方面。
2.1教学应用完成了实验方案内容建设,构建形成了一套覆盖集成电路设计全流程的实验方案,并兼顾半导体器件、集成电路测试;设计的系列实验应用于新开设的“集成电路设计实验”课程中,以丰富和扩展该门课程的实验内容,提高学生的学习积极性。该课程每周4学时,已经完成2013、2014两个学年的实验教学工作。具体的实验内容包括反相器实验(电路原理图输入、电路仿真、版图设计、版图设计规则检查及一致性检查、后仿真)、一位全加器系列试验、基本模拟电路单元设计实验、综合定制设计实验、硬件描述语言设计与验证实验(选做)、自动综合与布局布线设计实验(选做)。构建的软硬件平台,除用于集成电路设计实验课之外,亦用于电子系“半导体器件物理”“半导体工艺原理”等多门课程的实验环节,以及本科生毕业设计中。与现有的本科生各类创新活动相结合,为该类活动的人员选拔与培养、培训起到了一定的辅助作用。
2.2科研应用集成电路设计平台除用于相关的实验教学任务之外,亦可为相关的科研工作提供良好的支撑。在该平台所定义的开发环境及设计流程上,我们完成了两款65纳米工艺超大规模集成电路芯片的设计工作,其中一款已经返回,并进行了较为完整的测试,功能及性能均符合预期,芯片如图2、图3所示。这些设计很好地确证了该平台的完整性和可靠性。
【参考文献】
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[5]罗胜钦,王遵彤,万国春,等.电子科学与技术专业培养方案初探[J].电气电子教学学报.2009(31):89-91.
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【关键词】集成电路设计 工业化教学模式 研究与实践
一、集成电路设计业背景
集成电路(Integrated Circuit,IC)是指将很多微电子器件电路集成在芯片上的一种高级微电子器件。通常使用硅为基础材料,在上面通过扩散或渗透技术形成N型半导体和P型半导体及PN结。20世纪中期,半导体设备可实现真空管功能的实验发现,以及半导体制造技术的进步,使得集成电路成为可能。第一个集成电路雏形是由杰克・基尔比于1958年完成的。仅仅在其开发后半个世纪,集成电路变得无处不在,电脑、手机和其他数字电器成为现代社会结构不可缺少的一部分。
二、Linux/Unix背景
UNIX操作系统(UNIX)是美国AT&T公司1971年在PDP-11上开发的操作系统,具有多用户、多任务的特点,支持多种处理器架构。Linux操作系统(Linux),是一系列类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。
在集成电路设计产业中,有着简明清晰的权限控制、高稳定性、高性能、可大规模并行以及有着深厚开发工具基础的Linux/Unix操作系统被广泛地使用。这就意味着,掌握Linux/Unix操作系统的使用是集成电路设计工程师必需的基本技能。为了满足工业界的需求以及培养合格的工程硕士,数字集成电路与系统集成专业设置了工业Linux/Unix课程以培训相关技能。
工业Linux/Unix课程则主要针对集成电路设计工业界的需求,对未来的集成电路工程师进行必要的职业技能培训,使其能在进入工业界后迅速地熟悉相应的开发平台并在该平台上发挥其集成电路设计专业的知识与技能。该课程有着以下特点:
(一)针对性强。本课程的教学目标非常明确:使得学生们通过该课程的学习能够掌握工业生产流程中最有可能遇到的部分知识与技能,拥有很强的针对性。
(二)注重培养实际操作能力。本课程的目标是培养可进行实际生产开发的集成电路设计工程师,满足工业界的需求,而不是为研究院所提供科研人才,实际的操作能力是本课程的重点所在。
三、工业化教学模式
为满足该课程的教学目标,建议对工业化产业化的教学模式在该课程教学中实施2.以下几个方面的措施:
(一)课程结构原子化。针对该课程知识点众多针对性强的特点,重新梳理课程结构、整理课程体系。将课程内容按照工业界开发流程分割排列为若干相对独立又相互联系的单元。即仿真以下情景:一组从未接触过Linux/Unix操作系统的工程师被要求在该操作系统进行开发,同时项目开发与时间进度均有着相应的要求,那么他们应该如何学习,何时以及如何在学习阶段和开发阶段相互切换,才能以最优解完成任务。
(二)讲练结合。针对该课程注重实际操作能力的特点,该课程一半以上的课时设置为实验课;并在时间上与讲授课程结合,讲完一个单元随即练习一个单元。既能及时巩固讲授课程内容,又能及时发现不足。比如在版本控制工具subversion讲授课后,安排学生上机以小组形式使用该工具进行开发。通过不同组员同时更改同一源代码文件后自动报告有需要解决的更新冲突这一虚拟场景,使得学生能充分体会到使用版本控制工具的优势和好处,进而自发地进行练习希望能够掌握并使用该工具来完成自己最终的课程设计。
(三)产品代替实验。在实验课中,以逐步完成一个实际产品为最终目标,有机结合不同单元的教学内容。抛弃了以往的给出实验内容列表,学生们按部就班走流程的实验模式。实验课没有硬性要求,但最终需要提交完整的产品作为实验成果。同时,在实验课最后会提出若干思考问题,鼓励创新,引导学生完成额外的功能以完善自己的产品。如前面所述的makefile实验中,鼓励学生改进优化原有示例,不同的学生就会提出不同的解决方案,改良的方式各有侧重,有的倾向与代码的简洁性,有的倾向于功能的完整性,有的则倾向于用户体验的舒适性。这样不但锻炼了学生的自学能力,同时还培养了其跳出书本、主动思考的创新精神。
(四)工程代替考试。课程终期设置从实际工业环境中抽象出来的实际工程来作为对学生水平的考核。给予学生的课程设计指导文档相当于工业界的客户需求文档。学生需要灵活应用课程中学到的内容、模仿实验课中使用的流程进行自主开发,完成能够满足需求书上描述功能的产品,提交包括最终产品、源代码、用户手册、设计手册、测试计划书以及工程开发进度记录等一系列成果。并在最后课上通过产品展示的方式向全班同学“推销”其产品,而其他同学则通过客户角度给予该产品评价。通过前期的产品测试、撰写用户手册、设计推销手段等流程给予成果自评,并通过其他学生的反馈得到客户评价,从而使得学生能更深刻地认识到自己产品的优点与缺点,进而在设计与实现的流程中掌握课程中所要求的知识与技能。
笔者认为,研究生阶段的教学工作一定要倾向于研究性教学或工程性教学。这两种教学和之前阶段的高等教育最大的不同就在于开放性、可扩展性的教学,引导学生的自学意识和创新精神是非常必要的。通过在集成电路专业实用Linux/Unix教学中研究并实践工业化的教学模式,并观察总结学生的反馈,该教学模式非常适用并且效果优秀。该教学模式不但能够显著提高学生对所学知识和技能的关注度与投入度,而且还能培养其自学能力、创新精神、活学活用的能力等潜在能力,是工程型课程教学中不可多得的优秀教学模式。
参考文献:
关键词:集成电路版图CAD;实践教学;课程实验;课程设计
Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course
Shi Min, Zhang Zhenjuan, Huang Jing, Zhu Youhua, Zhang Wei
Nantong University, Nantong, 226019, China
Abstract: In this paper, the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode, the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile, other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum, were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.
Key words: Computer Aided Design of IC layout; practice teaching mode; course experiments; practicum
目前,高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热,而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课,开设在大三第二学期,并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分,它是对理论教学的验证、补充和拓展,具有较强的直观性和操作性,旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践,笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力,提升就业竞争力,对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。
1 版图设计工具
集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链(设计、制造、封装和测试),集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有Cadence公司的Virtuoso,Mentor Graphics公司的IC Flow,Springsoft公司的Laker_L3,Tanner Research公司的L_Edit和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异,但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异,在售价方面,国外版图设计工具贵得惊人,不过近年来这些公司相继推出大学销售计划,降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学,则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室,利用这些经费,我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前,我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。
2 两种相辅相成的实验教学模式
我校集成电路版图CAD课程共48学时(理论讲授24学时、实验24学时),实验环节是本课程教学的重要部分,在有限的实验教学时间内既要完成教学内容,又要培养学生创新能力,需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求:与理论教学相衔接,熟练使用版图设计工具,学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计,为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则(版图几何设计规则)、两个流程(版图编辑流程和验证流程)、四个问题”这条主线设计实验内容[1,2]。要解决的4个问题分别是:(1)版图设计前需要做哪些准备工作?(2)如何理解一个元器件(晶体管、电阻、电容、电感)的版图含义[3,4]?(3)如何修改版图中的几何设计规则检查错误?(4)如何修改版图和电路图一致性错误?表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式:系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容,如设计实验3(数字基本门电路版图阅读)时,安排了5学时,采用3种版图阅读方式:读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容,采用不同形式,彼此类比,加深印象,既有实物,又有动手操作,增强了直观性和感性认识。又如设计实验5(模拟单元MOS差分对管版图设计)时,安排了5学时,从器件匹配的重要性入手,给出MOS差分对管的电路图,讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响,特别是工艺过程引入器件的失配和误差,对MOS差分对管的3种版图分布形式(管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式)进行逐一分析,指出支路电流大小对金属线的宽度要求,对较大尺寸的对管,采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例,围绕该实例,设计具体步骤,教师先示范,学生再模仿,如设计实验7(集成无源器件版图设计)时,由于集成电阻、电容和电感种类很多,不能面面俱到,要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的,为此我们设置了课外实验项目,感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成,指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心(2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点,2009年12月通过省级验收),学生对本课程很感兴趣,课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法,特别是课外实验项目的训练,学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。
表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点
表1(续)
4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则;学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计;DRC检查。
5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计,包括匹配原则、同心布局等,DRC检查。
6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。
7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。
3 改革课程设计环节
课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节,时间2周,集中指导,提前1个月发给学生任务书和指导书,每个班配备2名指导教师,注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新:在教学内容设计上,给出了必做题和选做题,在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题,具体题目由抽签决定,做到1人1题,避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果(占50%)、小论文(占30%)、答辩(占20%)三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文,包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献,让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里,供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计(论文)答辩要求,包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程,每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好,锻炼了语言组织和口头表达能力,而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间,但我们无怨无悔,学生的认可和进步是我们最大的收获。
4 精心指导学生参加课外科技竞赛
目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办,电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一,每年8月底举行,邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委,增加了竞赛的专业性和公正性,目前已经举办了6届,反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛,如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛,其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片,学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节,提高了综合训练能力。
5 加强师资队伍建设
要提高课程实践环节的教学质量,关键是指导教师要思想素质好,专业理论知识强,科研水平高,因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园,毕业后直接上岗指导学习实践,缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平,加强对年轻教师的培养,近十年来,我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班,由经验丰富的教学、科研一线教师主讲;不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座;同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践,时间至少半年以上;现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师,指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异,课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。
6 结束语
我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业,也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一,总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大,今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革,不断探索,为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。
参考文献
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关键词:ASIC;设计流程;数字集成电路
中图分类号:TN742 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 16-0028-02
进入21世纪以后,通信技术的发展与人民生活需求的不断增长,导致集成电路的需求出现井喷式的增长。集成电路分为专用集成电路和通用集成电路。相比通用集成电路,专用集成电路面向特定用户,品种多,批量少,需求设计和生产周期短,同时功耗更低,重量更轻,体积更小,性能更好,成本更低等优点。因此涌现出来一大批数字集成电路(简称ASIC)设计公司。其中,北京的微电子集成产业园和上海的张江微电子园集中了国内很多的芯片设计(简称IC设计)公司和国外顶尖IC设计公司驻中国研发部。而专用集成电路是现在集成电路设计的研究热点。包含有数字集成电路(简称ASIC)设计、模拟ASIC设计、数模混合ASIC设计、射频ASIC设计等类型。本论文研究集成电路中最为广泛的数字ASIC设计。ASIC设计过程总共分为5个阶段,分别为:项目策划、总体设计、详细设计与可测性设计、时序验证与版图设计、流片与整理。这5个阶段以文档的递交作为完成阶段性完成任务的分界点。本论文也将以此5个阶段为主线进行研究和讨论。
一、项目策划
在集成电路设计的第一个阶段是项目策划。这就需要开发团队在正式进入是实质性研发阶段之前,需要对该产品潜在的市场需求进行调研。根据调研的结果,做出可行性报告。将此可行性报告提交市场和研发部门进行论证,讨论该产品研发的正确性与否。如果可行,则写项目任务书,用以给出明确的产品性能的大致说明,项目进度、研发周期管理等的。
二、总体设计
第二阶段是总体设计。总体设计阶段的主要任务是:认真分析市场的需求,确定设计对象以及设计目标。在原先第一阶段给出的项目任务书的基础上,进一步充实芯片的功能确定,内外部性能的要求,芯片验收的参数指标。同时要积极组织各方面的人员论证各种实现可行的系统实现方案,选择最佳的实现方案,敲定最终的系统实现方案,以及加工工程,工艺水平。在系统实现方案完成之后,需要是使用仿真软件进行系统设计,并进行仿真,进行可行性验证。通过仿真结果,来初步估计产品的最终性能。这一阶段所做的工作,最终以系统规范化说明书为任务完成的标准。在系统规范化说明书中,主要包含有晶片面积的估计;.产品研发预算估计;初始的产品系统结构设计;风险分析;设立产品的目标、可行性和里程碑;设计路线和开发工具的选定。其中需要指出的是进行系统设计以及系统仿真的可行性分析。可行性分析是第二阶段最重要的一个环节,它是对该项目的利润模型、开发周期和风险性的分析。一方面,该ASIC开发项目的最终产品是替代目前的一个成功产品,则成本降低与功能增强是项目最突出的任务。另一方面,该ASIC开发项目旨在开辟新的市场或者替代目前尚未成功的产品,研发时间将是项目中首先关心的文图。由于项目的研发策略会对整个项目的结构设计、开发等产生巨大的影响,项目规划者需要根据项目的具体情况在正式研发阶段开始之前对项目的这些驱动因素进行归纳分析,以制定项目的研发策略。
三、详细设计与可测性设计
数字研发流程走到此,如果前面的任务全部走完,那么研发将进入实质性的开发阶段。这一个过程又拆分为如下的模块:
(一)顶层模块划分
顶层设计是一个富有创造性的阶段,在这个阶段,要定义产品的顶层架构。许多经典的工程折中问题都需要在这个阶段做出决定。产品的开销、设计的开销、产品上市时间、资源需求和风险之间的对比也是顶层结构设计过程中的一部分。这个阶段中的创造性思维对于产品的成功有着极大的影响。创造性可以体现在产品的创意、顶层架构设计创意和设计流程的创意等方面。这个阶段的工作主要由少数具有结构设计和系统设计才能的高级工程师参与。这一阶段的具体任务是:讨论几个顶层结构备选项;分析这几个顶层结构选项——需要考虑技术灵活性、资源需求及开发周期等;完成顶层结构设计说明;确定关键的模块(如果需要,这些模块可以尽早开始);确定需要使用的第三方IP模块;选择开发组成员;确定新的工具;确定开发路线/流程;讨论风险;预估硅片面积、输入输出引脚、开销和功耗等。这个阶段需要递交的文档则是这个阶段需要递交的文档:结构设计文档与ASIC开发计划文档。在结构设计文档中,设计者需要清楚地描述电路板、软件和ASIC的划分。通常ASIC作为系统中的一个重要部分,它的功能需要在顶层结构设计说明中详细的描述。ASIC开发计划:这个计划必须经过项目管理人员的验收通过。同时,还需要完成设计线路描述文档。这个文档要再次定义项目开发中所需要的工具、技术和方法。
(二)模块级详细设计
模块级详细设计,顾名思义,则是将顶层结构合理地划分成一些更小的模块。各个小设计模块间需认真细致的合理划分。划分着需要确定功能功能,模块与模块之间的联系等等。为了明了给对方展示划分结果,ASIC的层次化结构一般以图示方式表示。
本阶段的任务分别为:将顶层架构分解成更小的模块;定义模块的功能和接口;回顾上一阶段完成的初始项目开发计划和顶层结构设计文档;风险进一步分析;开发规范(代码编写风格,开发环境的目录结构);检查芯片设计规则(晶片温度,封装,引脚,供电等);还需要做的工作是重新估计芯片的门数。本阶段输出的则是各个模块的设计文档,以及准确的项目研发计划。同时,从该阶段开始,需要设计人员将ASIC的生产商必须确定下来。项目管理者必须与ASIC生产商建立例会制度,在这些例会中需要讨论ASIC的结构和设计路线。因为ASIC生产商有他们的一套生产流程和他们自己的技术特点,设计也需要遵循他们的设计规则。以免设计走不必要的弯路,耽误设计进度。
(三)模块实现
模块设计阶段,则是以文档引导设计。主要任务为:模块及设计、编码、测试和综合;芯片级的测试环境设计、编码和测试;给出一个更准确的芯片面积估计。在这个阶段,编码的测试一般使用VCS或者是modelsim软件。代码综合使用的综合器包括Synopsys公司的DesignCompiler或者SynplifyPro,Candence公司的BuilderGates等。这个阶段输出所有的模块设计、代码和模块织的测试;初始的模块级综合;最终决定的芯片引脚。
(四)系统仿真,综合和版图设计前门级仿真阶段
该阶段的主要任务是:撰写系统测试文档;编写测试伪代码;进行RTL(硬件描述语言)级与门级仿真;记录跟踪问题的解决过程,如可能,使用错误自动报告系统进行错误的反馈和修改;检查芯片设计是否满足设计规范;开始撰写芯片的使用指南;自行编写综合脚本,进行设计综合(这个时候就需要掌握TCL脚本的简单写法);依据芯片特性,大致画出芯片内模块摆放的方法成功地完成第这个阶段输出的条目如下:验收过的系统仿真;所有的RTL级仿真和门级仿真完成及测试报告;综合后的网表。
四、时序验证和版图设计
ASIC设计的第四部分是时序验证和版图设计。这个阶段是通过时序分析来指导版图设计。主要的流程如图1所示。
这个阶段需要多次进行预布局布线,从整个电路中提取出所有时序路径并计算信号沿在路径上的延迟传播,进而找出违背时序约束的错误(主要是SetupTime和HoldTime),这些信息添加进入下一轮布局布线方案,尽最大可能的合理布局布线,通过一次次的仿真确定最终的版图信息,并将最终版布局布线之后的版图进行后仿真。这些工作进行完毕以后需要输出物理设计与设计验证两个文档。物理设计(PhysicalDesign)是VLSI设计中最消耗时间的一步.他的工作是将电路设计中的每一个元器件(包括电阻、电容、晶体管、电感等)以及这些元器件之间的连线转换成集成电路制造所需要的版图信。而在版图设
计完成以后,非常重要的一步工作是版图验证。版图验证主要包括有设计规则检查(DRC),版图的电路提取(NE),电学规则检查(ERC)和寄生参数提取(PE)。对版图进行布局与布线不仅不要丰富的专业知识,同时更需要很多模拟电子以及布线的经验。布局布线使用的工具一般为SocEncounter。SOCEncounter采用层次化设计功能将芯片分割成多个小块,以便单独进行设计,再重新进行组装。SOCEncounter首先读入RTL或门级网表,并快速构建可准确代表最终芯片(包括时序、布线、芯片大小,功耗和信号完整性)的芯片“虚拟原型”。通过使用物理虚拟原型功能,设计师可以快速验证物理可行性并在逻辑上进行必要更改。在布局布线的时候,需要首先指定IO,电源和地的布置,制定平面布置、插入时钟树等工作之后,才可以进行开始使用工具进行自动的布局布线。最后得到的布局布线的结果仍然需要手工调整,才可以得到合理的设计版图。
五、流片与整理阶段
数字集成电路设计的最后阶段为流片与整理阶段。在完成版图设计之后的仿真和综合之后,网表被送去生产。生产签字文档将作为设计者和生产厂商之间的ASIC生产签字的根据。这个文档清楚地描述了网表的版本号、ASIC生产商所需要的测试向量、质量意向和商业上的问题等。签字之前,ASIC生产厂商需要仔细检查设计者提供的网表文件、版图设计结果和测试向量。通常ASIC生产厂商要求测试向量在签字之前是经过仿真的,这是一个比较长的过程。在样片返回设计公司以后,仍然需要测试芯片;用错误报告数据库跟踪测试中出现的错误;分析失败的测试例;对ASIC中出现的错误进行定位;针对ASIC中出现的错误,确定在网表中的改动;评估芯片的工作电压范围和温度范围(环境测试);进行与其他已有产品的互通性测试。确保生产的集成电路达到最初规定的性能与设计指标。
综上所述,由于底层工艺技术的不断变化,以及新工具厂商的出现,ASIC设计流程会出现一些流程上的调整,这个流程也不是一层不变。本论文所讲述的是现在各个IC设计公司通用的设计流程。
参考文献:
[1]我国数字频率合成芯片获突破性进展. /news_show.asp.
现将《国家税务总局关于企业所得税减免税管理问题的通知》(国税发〔*〕111号)转发给你们,对实行备案管理的企业所得税减免优惠项目的范围、方式,省国税局、省地税局补充如下意见,请一并遵照执行。
一、实行简易备案管理的企业所得税减免优惠项目
实行简易备案管理的企业所得税减免优惠项目,由纳税人在汇算清缴结束前(包括预缴期)按下述规定报送相应的资料,税务机关受理后,纳税人即可享受该企业所得税减免优惠。
1.国债利息收入(《中华人民共和国企业所得税法》(以下简称企业所得税法)第二十六条第一款)
报备资料:企业所得税减免优惠备案表,(国税部门使用的格式见附件一、地税部门使用的格式见附件二,下同)。
2.符合条件的居民企业之间的股息、红利等权益性投资收益(企业所得税法第二十六条第二款)
报备资料:企业所得税减免优惠备案表。
3.符合条件的非营利组织的收入(企业所得税法第二十六条第四款)
报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)加盖公章的登记设立证书复印件;
(3)有权单位出具的非营利组织的认定证明。
4.投资者从证券投资基金分配中取得的收入(《财政部、国家税务总局关于企业所得税若干优惠政策的通知》(以下简称财税〔*〕1号)第二点第二款)
报备资料:企业所得税减免优惠备案表。
5.软件生产企业和集成电路设计企业实行增值税即征即退政策所退还的税款(财税〔*〕1号第一点第一款、第六款)
报备资料:企业所得税减免优惠备案表。
6.国家需要重点扶持的高新技术企业(企业所得税法第二十八条第二款)
报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)加盖企业公章的高新技术企业认定证书复印件。
7.规划布局内的重点软件生产企业或集成电路设计企业(财税〔*〕1号第一点第三、第六款)
报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)有权部门公布的国家规划布局内的重点软件企业或集成电路设计企业名单文件或证明复印件。
8.其他
报送资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)其他
二、实行备案登记管理的企业所得税减免优惠项目
实行备案登记管理的企业所得税减免优惠项目,由纳税人按下述规定报送相应的资料,向主管税务机关提出备案申请,主管税务机关在7个工作日内完成登记备案工作,并告知纳税人执行。具体包括预缴期可开始享受和只在汇算清缴期享受的减免优惠两种情形:
(一)预缴期可享受企业所得税减免优惠的项目
纳税人享受预缴期登记备案的企业所得税减免优惠项目,可在预缴期间向主管税务机关提交下述规定的预缴期报备资料,主管税务机关受理后,纳税人即可在预缴企业所得税时享受该企业所得税减免优惠;年度汇算清缴期,纳税人享受下列第1至第8点减免优惠项目的,应按下述规定提交汇算清缴期补充报备资料报主管税务机关备案,税务机关接到纳税人备案申请后,在7个工作日内完成登记备案工作,并告知纳税人执行。纳税人在预缴期享受上述减免优惠项目的,应单独核算预缴期可减免的金额,否则应在汇算清缴期进行备案后享受该项减免优惠。
1.从事农、林、牧、渔业项目的所得(企业所得税法第二十七条第一款)
预缴期报备资料:企业所得税减免优惠备案表。
汇算清缴期补充报备资料:农、林、牧、渔业项目或农产品初加工的说明及核算情况表(附件三、附件四)。
2.从事国家重点扶持的公共基础设施项目投资经营的所得(企业所得税法第二十七条第二款)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)有权部门核准从事公共基础设施项目的核准文件;
(3)项目取得第一笔生产经营收入的原始凭证、记账凭证、明细账等复印件。
汇算清缴期补充报备资料:国家重点扶持的公共基础设施项目投资经营情况及核算情况表(附件五)。
3.从事符合条件的环境保护、节能节水项目的所得(企业所得税法第二十七条第三款)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)项目取得第一笔生产经营收入的原始凭证、记账凭证、明细账等复印件;
汇算清缴期补充报备资料:环境保护、节能节水项目情况及核算情况表(附件六)。
4.符合条件的技术转让所得(企业所得税法第二十七条第四款)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)加盖企业公章的技术转让合同复印件。
汇算清缴期补充报备资料:取得技术转让所得的情况及核算情况说明(附件七)。
5.企业综合利用资源(企业所得税法第三十三条)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)《资源综合利用认定证书》复印件(*年取得省经贸委颁布证书的企业在*年度申报时提供)。
汇算清缴期补充报备资料:资源综合利用情况及核算情况说明表(附件八)。
6.软件生产企业或集成电路设计(生产)企业(财税〔*〕1号第一点第二、第六、第八、第九款)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)有权部门颁发的软件企业证书(名单)或集成电路设计企业证书及年审证明复印件。
汇算清缴期补充报备资料:软件生产或集成电路设计企业获利年度及核算情况表(附件九)。
7.经济特区新设立高新技术企业(国发〔*〕40号)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)加盖企业公章的高新技术企业认定证书复印件。
汇算清缴期补充报备资料:经济特区新设立高新技术企业税收减免情况表(附件十)。
8.证券投资基金及证券投资基金管理人(财税〔*〕1号第二点第一、三款)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表。
(2)加盖企业公章的证监会批准文件复印件。
汇算清缴期补充报备资料:证券投资基金免税收入情况及核算情况表(附件十一)。
9.民族自治地方企业(企业所得税法第二十九条)
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)省级人民政府的批准文件。
10.其他
预缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)其他
(二)汇算清缴期享受的申请备案登记管理的企业所得税优惠项目
纳税人享受汇算清缴期登记备案的企业所得税减免优惠项目,应在汇算清缴间向主管税务机关提交下述规定的资料,主管税务机关在7个工作日内完成登记备案工作,并告知纳税人执行。
1.符合条件的小型微利企业(企业所得税法第二十八条第一款)
(国税部门仍执行广东省国家税务局《关于小型微利企业实行备案管理的通知》(粤国税发〔*]〕149号)及相关文件)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)小型微利企业情况表(附件十二)。
2.开发新技术、新产品、新工艺发生的研究开发费用(企业所得税法第三十条第一款)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)自主、委托、合作研究开发项目计划书和研究开发费预算;
(3)自主、委托、合作研究开发专门机构或项目组的编制情况和专业人员名单;
(4)自主、委托、合作研究开发项目当年研究开发费用发生情况归集表(附件十三);
(5)企业总经理办公会或董事会关于自主、委托、合作研究开发项目立项的决议文件;
(6)委托、合作研究开发项目的合同或协议;
(7)纳税人研究开发项目的效用、研究成果报告等相关情况及核算情况说明;
(8)《企业研究开发项目审查表》(*年已通过科技或经贸部门初审的企业在*年度申报时报送);
(9)无形资产成本核算说明(仅适用开发新技术、新产品、新工艺发生的研究开发费用形成无形资产情形)。
3.安置残疾人员及国家鼓励安置的其他就业人员所支付的工资(企业所得税法第三十条第二款)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)在职残疾人员或国家鼓励安置的其他就业人员工资表;
(3)为残疾职工或国家鼓励安置的其他就业人员购买社保的资料;
(4)残疾人员证明或国家鼓励安置的其他就业人员的身份证明复印件;
(5)加盖企业公章的纳税人与残疾人或国家鼓励安置的其他就业人员签订的劳动合同或服务协议(复印件)。
4.创业投资企业(企业所得税法第三十一条)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)有权部门确定其为创业投资企业的证明资料;
(3)创业投资企业的章程;
(4)被投资的中小高新技术企业基本情况、章程及高新技术企业认定证书复印件;
(5)向中小高新技术企业投资合同的复印件及投资资金验资证明等相关材料。
5.固定资产、无形资产加速折旧或摊销(企业所得税法第三十二条、财税〔*〕1号第一点第五、第七款)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)固定资产、无形资产加速折旧或摊销情况表(附件十四)。
6.企业购置专用设备税额抵免(企业所得税法第三十四条)
汇算清缴期报备资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)购置的环境保护、节能节水、安全生产等专用设备情况表(附件十五、附件十六、附件十七);
(3)加盖企业公章的所购置相关设备的支付凭证、发票、合同等资料复印件;
(4)购置设备所需资金来源说明和相关的原始凭证、记账凭证、明细账等复印件。
7.其他
汇缴期备案资料:
(1)企业所得税减免优惠备案表;
(2)其他
三、减免优惠期限超过一年的,纳税人可在首次享受该项优惠的年度一次性提交《企业所得税减免优惠备案表》,但本通知规定应在汇算清缴期补充报备资料的,纳税人应于每年年度汇算清缴期结束前提交。纳税人减免优惠的条件发生变化,已不符合税收减免优惠条件的,应在发生变化之日起十五个工作日内向主管税务机关报告,主管税务机关受理后认为不符合减免优惠条件的,应停止纳税人享受该项税收优惠,并告知纳税人。
大唐电信科技产业集团秉承“创新沟通未来”的主题,以5G未来移动通信技术领衔,向全球参观者分享无线移动通信、集成电路和“互联网+”等领域的最新产品和解决方案,展示大唐电信集团卓越的创新能力和为推动高品质的信息生活所做的积极努力。
5G智联世界 加速融合创新
在本届展会中,大唐电信集团将与业界伙伴共同分享4G建设的成功经验,见证4.5G的平滑演进,探讨5G的商用落地。
2016年3月,大唐电信集团旗下大唐移动了《4.5G无线技术演进发展规划书》,重点阐述了4.5G阶段的关键技术、网络架构演进、融合演进的测试情况以及商用部署进度。在本次展会期间,大唐电信集团将4.5G从规划书搬到现实生活中,围绕“创新技术对用户感知的提升”、“网络架构演进”、“融合组网”以及“场景拓展应用”等话题,对4.5G实施部署进行生动的演示。大唐电信集团针对业界关心的4G深度覆盖问题,将展示全方位立体深度覆盖综合解决方案,而在提升用户感知方面,将展示大唐对载波聚合技术、3D MIMO技术、VoLTE高清语音通话以及面向5G的MEC敏捷业务服务所做的深入研究。
4G方兴未艾、5G悄然而至。大唐自2011年便启动了5G技术预研,深入研究5G需求及关键技术。目前,5G关键技术路线正在快速收敛,基于多年来在TDD技术研发领域的积累,大唐已在大规模天线、非正交多址接入、超密集组网、低时延高可靠等技术方向中取得重要技术突破,处于国际领先水平。
在此次展会中,大唐电信集团将展示5G最新研究成果――业界首款且阵元规模数量最大的256天线阵列。基于此款大规模天线,大唐已实现了20流数据的并行传输,小区峰值速率超过4Gbps,相比于4G,能够实现5-10倍频谱效率的提升。在未来的5G系统中,大规模天线技术将会在广阔服务区域的宏覆盖场景、高层建筑的覆盖场景,以及室内外热点区域的覆盖、大容量无线传输的回传链路中扮演重要的角色。
在非正交多址接入技术方面,大唐从2008年开始便率先介入了研究,2014年,在业内第一次正式命名了PDMA(Pattern Division Multiple Access,图样分割多址接入)技术。在IMT-2020推进组中,大唐主导了PDMA的专题研究,提交了多份文稿,并被成功纳入ITU面向5G的新技术趋势报告中。
大唐还联手运营商对PDMA技术进行了演示,该技术不仅能够提升移动宽带应用的频谱效率和系统容量,还可以显著提升物联网应用的连接数,使用户接入数量提升3倍以上。在未来对一些特殊性能指标有严格的场景中,比如汽车自动驾驶、工业控制等,PDMA技术不可或缺。
除了核心技术的突破,大唐在5G应用场景方面也有了突出进展,尤其是在车联网领域。大唐是国内率先提出利用LTE-V技术作为支持未来汽车智能化、网联化关键技术的厂商。大唐的车联网技术可提供车车、车路协同通信解决方案,在提升车辆行驶主动安全方面有独特优势。未来,大唐会持续加速推进V2X产业化进程,参与国内V2X示范建设工作,联合产业链各方,推动开展V2X示范应用和规模试验,拓展面向自动驾驶的创新应用,达到低时延高可靠目标。
在大唐看来,用户、环境和资源,以及服务和应用等都是5G场景最基本的维度。大唐将加速布局5G系统、网络、仪表、终端芯片等全产业链的各个环节,进一步加强与运营商的紧密合作,积极贡献创新成果,共促5G万物互联时代的到来。
聚焦集成电路 服务互联网+
作为领先的高科技企业,大唐电信集团将进一步聚焦ICT产业上游核心领域,以集成电路设计为核心竞争力,以“集成电路+”为核心战略,面向移动互联网、车联网、智能制造和物联网业务领域,为万物建立智慧、可信的连接,提供自主可控、安全可靠的集成电路、应用及系统解决方案,服务信息安全以及“互联网+中国制造”。
在集成电路设计领域,大唐电信集团本次将展出智能终端芯片、融合通信芯片和信息安全芯片三大系列产品及解决方案。
在智能终端芯片方面,大唐电信集团以安全领先的移动终端芯片为平台,推出了LC1881智能终端芯片。作为大唐推出的首款支持LTE Cat.6的64位八核五模LTE SoC,LC1881采用2×20的双载波聚合,下行速率达300Mbps,支持VoLTE。特别是LC1881矢量处理器和通用DSP的组合架构,使其具备强大的数据并行存取能力和超强计算能力,为实现SDR技术提供了一个良好的支撑平台。大唐SDR平台架构设计独特,由VSP+DSP+ARM多部分协同组成,运算能力强大,平台成熟度高,接口丰富,可广泛应用于各类定制通信系统。
在信息安全领域,大唐电信集团本次将重点展出可穿戴移动支付解决方案、指纹识别安全芯片及非接读卡器芯片。可穿戴移动支付解决方案可在短时间内使现有可穿戴智能硬件增加金融级移动支付功能,实现金融IC卡、市政一卡通、支付密钥、校园一卡通、居民卡、商通卡、企事业单位员工卡等多种应用。指纹识别安全芯片集成了国际通用算法、国密算法及指纹处理算法,可实现采集指纹图像的处理,及数据信息安全加密功能。非接读卡器芯片可应用于智能终端、智能支付、智能监测、智能锁具、水气电热表、身份证件及社会保障卡等信息读取、USB读卡器、POS机具、门禁等领域。
在终端设计领域,大唐电信集团则充分展现出了其为细分行业提供解决方案及服务的综合实力。大唐根据各领域市场以及不同客户的需求,分别推出了通用数据终端、行业终端以及行业应用等产品,产品覆盖4G随身WiFi、行业终端和POC对讲调度解决方案。其中,大唐展出的多款LTE行业应用对讲终端,可支持TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM五模通信制式,适合多网络环境,为不同用户及行业提供了多种选择以及更加便捷的使用体验。
在移动互联网领域,大唐电信集团提出了资源型移动互联网发展战略,构建了以“369云平台”技术孵化为主体,“369云工厂”实体园区创业服务和“369云基金”投融资服务为支撑的“一体两翼”移动互联网创新创业项目孵化生态――369生态,构建了围绕资源型公共服务机构和民生服务行业,提供从创意到产品、从投融资到公司化运营的创业孵化“一站式”全程服务。探索形成了“创新平台+创客空间+创业资源”的项目孵化模式。大唐电信集团在“大众创业、万众创新”实践活动中积累了大量实践经验和成功案例,成为中央企业践行创新驱动发展战略、落实“互联网+”行动计划的先行者。本次展会大唐电信集团也将展出通过“369生态”孵化的教育、社区、文教等领域的成功项目。
关键词:技术进步;行业发展前景;经营模式;核心竞争力
一、集成电路封装测试的技术进步
封装测试是集成电路制造的后续工艺,为了使集成电路芯片的触点能与外界电路如PCB 板连接,也为了给芯片加上一个“保护壳”,防止芯片受到物理或化学损坏,需要对晶圆芯片的进一步加工,这一环节即封装环节。测试环节则是对芯片电子电路功能的检测确认。
集成电路封装技术发展历程大约可以分为三个阶段:第一阶段是1980年之前的通孔插装(THD)时代,插孔直接安装到PCB上,主要形式包括TO(三极管)、DIP(双列直插封装),优点是可靠、散热好、结实、功耗大,缺点是功能较少,封装密度及引脚数难以提高,难以满足高效自动化生产的要求。
第二阶段是1980年代开始的表面贴装(SMT)时代,该阶段技术的主要特点是引线代替针脚,引线采用翼形或丁形,以两边或四边引线封装为主,从两边或四边引出,大大提高了引脚数和组装密度。主要封装形式是QFP(翼型四方扁平封装)、 SOT(小外形晶体管)、SOP(小外形封装)等。采用该类方式封装后的电路产品具有轻、薄、小的特点,电路性能较好,性价比高,是当前市场的主流封装类型。
20世纪末期开始,又出现以焊球代替引线、按面积阵列形式分布的表面贴装技术,迎合了电子产品趋小型化、多功能化的市场需求。这种封装形式是以置球技术以及其它工艺把金属焊球(凸点)矩阵式的分布在基板底部,将芯片与PCB板进行外部连接。常见形式包括球状栅格阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、晶圆级芯片封装(WLP)、多芯片封装(MCP)等。BGA等技术的成功开发,具有高集成度、多功能、低功耗、速度高、多引线集成电路电路芯片的特点。
第三时代是本世纪初开始,以3D堆叠、TSV(硅穿孔)为代表的三维封装技术为代表的的高密度封装。与以往封装键合和使用凸点的叠加技术不同,三维封装技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大,外形尺寸最小,大大改善芯片速度和低功耗的性能。其中3D堆叠是将不同功能的芯片/结构,通过一定的堆叠技术,使其形成立体集成和信号连通。三维立体堆叠加工技术,用于微系统集成。TSV是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通,实现芯片之间互连的最新技术。
集成电路产业经过60多年的发展,在技术水平、产品结构、产业规模等都取得巨大的进步,使终端电子产品呈现小型化、智能化、多功能化的发展趋势,形成了几十种不同外型尺寸/引线结构/引线间距/连接方式的封装电路。这些封装电路具有大功率、多引线、高频、光电转换等功能特点,在未来相当长的一段时间内,都将在不同终端市场继续存在发展。
二、集成电路封装测试的行业发展情况
从集成电路整个行业的统计数据来看,受益于移动互联网、物联网、新能源等高速增长,2013年全球集成电路行业销售规模达到3056亿美元,实现4.8%的增长。而2013年中国集成电路市场销售额增至9166.3亿元,实现7.1%的增速为7.1%,中国已经超越美国而成为全世界最大的消费电子市场,开始扮演全球消费电子行业驱动引擎的角色。
从集成电路的行业构成来看,我国IC封测业多年来一直呈现增长稳定的特点。据中国半导体行业协会(CSIA)统计,我国近几年封测业销售额增长趋势如表1所示,从2012年起,销售额已超过1000亿元,2006~2013年间,年均复合增长率达到11.2%。
三、集成电路封装测试企业现状
从经营模式来看,集成电路封装业企业可分两类,一类是国际IDM公司设立的全资或控股的封装厂,另一类是独立从事封装的企业。前一类型封装厂只是作为IDM集团的一个生产环节,并不独立对外经营,其产品全部返销回母公司,实行内部结算。而独立的IC封装企业则,接受IC芯片设计或制造企业的订单,按封装数量收取加工费,或采用来料加工经营模式,与下游终端厂商或上游设计IC公司没有股权关系。
外资封测企业,如英特尔、威讯联合、飞索、英飞凌、瑞萨和恩智浦等,主要从事中高端集成电路的封测。这些企业主要承担母公司的封测业务,是母公司IDM产业链中的一个环节,产品销售、技术研发都很依赖于母公司。
台资企业,如日月光、星科金朋和矽品科技等,这些企业的母公司都是世界著名的封测厂商,并在在我国大陆设立分/子公司从事封测业务,也主要定位于中高端产品。
近几年来,一些内资企业的生产能力和技术水平提升很快(部分原因和我国政府对集成电路的高度支持有关),例如长电科技、通富微电、华天科技等。与外资和台资企业相比,这些企业在设备先进性、核心技术(如铜制程技术、晶圆级封装,3D堆叠封装等)、产品质量控制等方面已经取得可以相抗衡的核心竞争力。
产业信息网的《2013~2017年中国集成电路封装产业深度调研及投资战略研究报告》称:目前全球封装测试产业主要集中在亚太地区(主要包括台湾、韩国、中国大陆),其湾地区封装测试业产值居全球第一。中国大陆的封测业起步较晚,但发展速度最快。例如长电科技2012 年以7.14 亿美元的营业额,位居全球封装测试企业营收第七位,是中国大陆唯一进入世界前十位的半导体封测企业。
表2为根据信息产业网整理的一些相关统计数据。
我国封测产业已具备一定基础,随着我国集成电路设计企业的崛起和下游智能终端市场的快速发展,我国封测企业面临良好的发展机遇,前途一片光明。同时也将应对各种挑战(例如制造业涨薪潮、整机发展对元器件封装组装微小型化等要求等)。展望未来,国内封测企业只有进一步增强技术创新能力和成本管控能力,才能在日新月异的市场竞争中取得长足的进步。
参考文献:
[1]周峥.未来集成电路封测技术趋势和中国封测业发展[J].电子与封装,2015(01).
关键词:项目教学;数字电路;课程设置;教学实例
项目教学是将某门专业课程按类别分为若干知识和技能单元,每个知识和技能单元作为一个教学项目,每个教学项目都以应用该项知识和技能完成一个具体的项目任务作为目标,所以,项目教学是将理论与实践融于一体的教学模式。把理论知识和实践知识较好的融于到具体项目是搞好项目教学的关键,所以,数字电路课程结构必须按照项目教学模式来重新设置,本文结合作者项目教学实践经验和研究工作对基于项目教学模式的数字电路课程设置进行浅显探讨。
一、课程的性质与作用
《数字电路》是高等职业院校电子信息专业、通信专业等电类专业的一门核心职业技术基础课,是实践性较强的课程。
本课程主要针对企业生产第一线产品装配、调试、检验、维修、生产管理等岗位。通过基于工作任务的项目式教学,培养学生的逻辑电路分析能力、逻辑电路设计能力(即用中小规模集成电路设计具有一定功能的逻辑电路,而不是设计一个编码器、译码器、计数器等)、常用仪器仪表使用能力(如双踪示波器、稳压电源、信号源、计数器、频率计、万用表等仪器仪表使用能力)、逻辑电路制作能力、故障排除能力、仿真工具使用能力、自学能力、设计报告编写能力及职业素质养成,本课程培养的核心能力是逻辑电路分析能力、逻辑电路设计能力。
二、课程结构整体设计
课程教学设计的理念:以项目教学开展课程教学;实现理论实践一体化教学;以职业能力培养为主线,以应用为目的。依据此理念设计出的课程教学内容体系如图1所示。
项目实验包括单元实验、仿真实验、设计实验3个方面。“单元实验”训练常用电子仪器的使用方法和数字电路的基本测试方法,它所涉及的内容与课堂教学内容紧密相关,充分体现课程的实践性。“仿真实验”主要利用EWB平台进行实验,使学生掌握仿真工具的使用方法,并能利用仿真工具对一些设计实验、项目实训内容进行仿真。“设计实验”是通过常用的数字集成电路实现简单功能的逻辑电路。
项目实训采用EWB仿真设计+实物制作相结合的手段,项目实训内容主要利用中小规模集成电路实现具有一定功能的数字系统。在项目实训中鼓励学生将课外科技活动、数字电路制作大赛纳入教学活动中来,课内外学习相互结合,使学生视野开阔、能力增强。
理论教学与实践教学时间比例为1∶1;并安排2周课程设计进行综合实践训练。
(一)项目设计的思路
项目设计的思路:设计的项目应覆盖整个工作领域和承载这个工作领域所需要的知识和技能;项目结构划分应体现工作体系的特征;在以项目划分为线索进行工作分析的基础上,合理设计项目结构。
项目内容设计具体原则:项目应覆盖知识点和技能要求;知识点的内容应最大限度地融于项目教学之中;项目大小要根据学习内容进度和要求来确定;项目内容设计要考虑教学组织的可行性和合理性。
(二)课程教学实施思路
课程教学实施思路:理论教学主要结合在项目实验、项目实训中进行教学。
课程的教学以项目作为核心实例带动知识点讲授,以工作任务完成过程为主线选择和组织课程内容,以完成工作任务为主要学习方式,每一个项目分解为若干个工作任务,通过每一个工作任务使学生掌握必要的理论知识和技能。大部分内容教学实施在实验室中进行理论实践一体化教学,可先分析再实践,或先实践再分析理论知识,或随讲随练,讲练结合,工学交替,理论教学与实践教学同步进行。教学实施过程中突出“以职业能力培养为主线,以应用为目的”原则,重点加强对学生实践能力的培养,通过对项目设计制作训练,培养学生综合应用知识的能力。
(三)实践教学的4个层面
本课程教学模式是基于工作过程的项目式教学,借助这种教学模式和项目实验、项目实训、课程设计3个实践平台,构建了由基础训练、应用训练、创新训练和综合训练组成的“四个层面”的实践教学体系,为学生实践能力培养提供强有力保障,能使学习者在实践活动中主动学习和有效应用知识,极大提高教学效果和学生职业能力培养的效率。
三、教学内容的选取与规划
(一)教学内容选取依据
教学内容要集中体现课程教学目标,内容的选取应该以企业对岗位知识能力要求和学生适应岗位变化的可持续发展能力要求为依据。这就要求数字电路课程组的教师经常到企业进行知识和能力要求的调研,对企业所要求的知识点和能力进行分析,根据调研结果及时调整教学内容,使数字电路的内容符合行业企业发展的需要。另外,教学内容的选取还要考虑能较好地解决“基础知识、技能与学生适应岗位变化的可持续发展能力”的关系,“基础知识与应用能力”的关系,“理论与实践”的融合关系、比例关系等关系,使《数字电路》课程内容体系具有高等职业教育的针对性,适应电子信息职业岗位能力的培养。
(二)教学内容具体规划
1、理论教学内容。必修模块:数字电路基础,逻辑门电路,组合逻辑电路,触发器,时序逻辑电路,脉冲电路;选修模块:半导体存储器与可编程器件,数/模转换与模/数转换;拓展模块:MAX+PLUSII软件操作训练,用VHDL语言设计功能模块(拓展模块不纳入正常教学,利用课余时间结合数字电路设计制作竞赛开展教学,满足部分学生需求)。
2、项目实训内容。项目实训内容体系如图2所示,具体实训内容:加法计算器的设计与制作包括逻辑门电路功能的测试和加法计算器的设计两个项目。涉及相关知识:与、或、非逻辑运算,复合逻辑运算,TTL门电路,OC门,三态门,TTL门电路、CMOS门电路的分类及其比较,TTL与CMOS数字集成电路的使用规则,逻辑代数的基本定律及规则,组合逻辑电路的描述,组合逻辑电路的分析,最小项与最大项,常用数制与BCD码;逻辑函数的化简,组合电路设计方法,数字信号与模拟信号,组合逻辑电路中的竞争-冒险现象。抢答器的设计与制作包括译码器功能的测试、编码器功能的测试、锁存器功能的测试和抢答器电路设计等4个项目。涉及相关知识:LED显示器,显示译码器,译码器,使用变量译码器实现组合逻辑函数;编码器,二进制优先编码器功能扩展;D 锁存器;抢答器的组成框图(包括编码器、译码器、锁存器)。计数器的设计与制作包括触发器逻辑功能测试、简单计数器逻辑功能测试、集成计数器功能测试和计数器的设计与调试等4个项目。涉及相关知识:基本RS触发器,同步触发器,边沿D触发器,边沿JK触发器;时序逻辑电路的组成,计数器的类型,计数器的分频功能,同步时序电路分析;集成四位二进制加法计数器 74LS161,集成四位二进制同步加法计数器 74LS163,集成异步十进制计数器74LS290,可逆计数器74193;计数器模数的变化,振荡器。数字钟的设计与制作完成有一定功能数字钟(能显示小时分钟基本功能)设计制作,这一个项目是对前面所有相关知识的综合运用和检验。
四、教学组织与实施
教学组织与实施的思路:教学内容结构以项目和案例作为单元展开教学内容,教学组织形式采取实际操作与讲解相结合,单元学习时间为4课时;教学过程中正确处理知识学习与工作任务的关系,做到知识学习为完成任务服务,知识学习为技能形成服务;最后,学生通过学习获得报告、图纸、工艺文件、作品等学习成果。
项目的具体组织实施过程中,重点考虑如何通过设计恰当的工作任务引入相关理论知识。例如通过“三人表决电路设计”、“简单加法计算电路设计”两项工作任务,引入组合电路设计方法、逻辑函数化简方法等知识点;通过这两个任务,学生容易理解化简后结果尽可能用相同芯片去实现它,因此“与或式”结果不如“与非与非式”,“与或式”就意味着要用与门和或门,再简单的逻辑函数至少要两个芯片,“与非与非式”只用与非门,如果逻辑函数不复杂,一个芯片可解决问题。又如通过“用74160及简单门电路构成八进制计数器(0-7)”和“数字钟中分钟指示电路设计与调试”两个工作任务,引入N进制计数器的构成方法:串接法(即级联法)、复 位法、置数法。
五、教材编写与选择
项目式教学教材选用应该是以主、辅两本教材结合使用的选用原则。为了保证项目教学的顺利实施,应该以自编校本教材为主教材,选择理论知识顺序与校本教材基本一致的规划教材为辅助教材。校本教材在章节顺序上,以项目和工作任务为主线来编排内容顺序,兼顾学生的认知规律,并将知识和能力有机地融入到完成工作任务的具体过程中;在内容编排上,按先基本逻辑电路后逻辑部件、先单元电路后系统电路、先数字电路后脉冲电路的原则编排,实践与理论在内容上相互充实、相互补充,边学边做。
采用两本教材的目的是满足部分自学能力较强学生扩展知识的需要,对一些内部电路的分析、原理的分析,自学能力较强学生可通过自学获得知识,培养学生的自学能力。
六、项目教学实例
以“智力竞赛抢答器的设计”这一项目为例说明项目教学的具体实施过程。这个项目的实施过程包括4个阶段:
第一阶段:任务布置。第一步是教师布置工作任务,讲解必要的相关知识,如原理框图;第二步是分小组讨论,按强弱搭配原则分小组讨论,教师参与学生的讨论,提出要解决的关键问题,即如何实现数码管显示与按键数字相对应的数码,如何实现闭锁功能,学生展开对这两个问题的讨论,教师逐步启发学生,得到解决问题的基本方法。
第二阶段:仿真设计。第一步是利用仿真平台在仿真实验室中进行仿真设计,搭接电路并激活仿真软件,查看所设计的电路能否实现工作任务所要求的技术指标;第二步是教师对学生仿真设计结果进行考核。
第三阶段:电路制作。第一步是学生在面包板上搭接电路,自行排除故障;第二步是分小组进行答辩并考核。
第四阶段:教师总结。可挑选1-2个电路进行演示,并讲解工作原理。
通过本项目的学习,学生不仅掌握了锁存器、编码器、显示译码器的原理,动手能力得到了很大提高,电路制作的速度、排除故障能力明显提高。整个项目教学体现了课程整体设计的理念,应用了计算机仿真、实验室制作教学手段,采用了项目教学式、小组讨论式、启发式等教学方法。
随着数字技术的不断发展,数字电路的教学内容和模式应不断的改革,这就要求数字电路课程组老师在总结经验的基础上大胆创新,做到与时俱进,并在今后的教学过程中还要不断深入研究和探索。
参考文献:
1、李珈.数字电路课程教学改革的实践[J].职业教育研究,2008(6).
2、侯国相.项目教学法在数字电路课程教学中的实践[J].辽宁教育行政学院学报,2008(8).