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产业化基地成立以来,坚持以发展本地集成电路产业,建立健全产业链,壮大产业集群,提供良好的产业技术支撑环境为己任,卓有成效地开展了一系列服务工作,取得了显著成绩,有力地推进了西安集成电路产业的发展,并已成为政府推动集成电路产业发展所需产业规划与研究、资源整合与配置、招商引资咨询、企业孵化与扶持、交流与合作、高层次人才引进与培养、专业技术支撑与咨询服务等的桥梁与载体,对西安集成电路产业发展起到了“组织、协调、引导、推进与聚集”的作用,取得了良好的国内外影响和社会效益,为区域新兴科技产业的发展注入了新的活力,为地方集成电路产业规模化奠定了基础。
1.西安集成电路产业发展现状
西安产业化基地坚持“政府引导、市场驱动、深化服务”的方针,以发展集成电路产业,建立健全产业链,壮大产业集群,提供良好的产业支撑环境为目标,建立了较为完善的产业公共服务与技术支撑服务体系。随着一系列扶持集成电路产业优惠政策的制定实施和产业公共服务的不断拓展深化,西安集成电路产业得到了快速发展,在产业规模、产业链完善、自主创新、人才吸引和培养、公共技术支撑与服务平台建设等方面取得了一定成就。
产业规模不断增大:经过近10年的发展,陕西省现有集成电路企业70多家,其中95%都集中在西安,设计企业近50家,制造封装企业8家,硅材料生产企业10家,设备制造企业8家,测试与分析中心3个,相关科研机构约18个,学历教育机构8个,专业培训机构2个,并形成了以西安高新区为核心的集成电路产业聚集区。从引导完善集成电路产业链出发,聚集了英特尔、西岳电子、美光、威世半导体、天胜、应用材料等重点Ic企业,形成了集成电路设计、加工制造、封装测试及半导体支撑等较为完整的产业链。陕西集成电路产业2001年实现销售收入约3.2亿元,2005年达到20.2亿元,2010年达到70.22亿元,“十一五”期间增长近3.5倍。2010年,我国集成电路产业销售收入为1440.15亿元,增幅为29.8%,陕西省2010年销售收入增幅为41.92%,约占全国销售总额的5%。
企业自主创新能力不断提升:目前,西安集成电路企业拥有自主知识产权的产品累计300多种,涵盖了物联网、通信、微处理器、信息家电、半导体照明、消费电子、设备制造、器件研发等多个领域。代表性产品有:华芯的存贮器、西电捷通的WAPI IP核、深亚的SDH芯片、英洛华的LED驱动芯片、龙腾微电子的32位嵌入式CPU、理工晶科的8/12寸硅芯炉、能讯基于氮化镓的开关功率晶体管元器件、炬光的大功率激光器等,充分体现了西安在集成电路领域的巨大潜力和科技研发与创新优势。
人才优势促进产业发展:西安有10多家集成电路研究机构及高校,与集成电路相关的科研、教学与设计的技术人员约占全国的六分之一,在西安交通大学、西安电子科技大学、西北工业大学、西安邮电学院等多所高等院校设有微电子学科或集成电路设计专业及重点实验室,年在校相关学科学生近10万人,年输送相关学科毕业生2万余人,占全国的14%,人才优势为西安承接产业转移提供了充足的人力资源保障。同时,随着本地集成电路产业的兴起,外流人才纷纷回归,2005年以来成立的留学生企业10多家,给西安集成电路产业带来了先进的技术、丰富的管理经验和大量的资金,人力资源和产业资本相互吸引、相互促进的局面正在形成。
公共服务平台辐射带动作用明显:西安基地在做好集成电路设计业的同时,注重发挥基地的辐射带动作用,将服务延伸到整个半导体产业链,提出了发展上游半导体材料与设备、中游集成电路制造、下游集成电路封装与测试产业集群,以及半导体照明、太阳能光伏、先进半导体器件、卫星导航应用等产业集群的建议。目前,以集成电路产业集群为核心、硅材料与太阳能光伏产业集群为支撑、半导体照明与卫星导航应用产业集群为补充的新兴半导体产业正在形成,并已成为西安信息产业新的增长点。
产业发展存在的问题:经过近10年的发展,西安集成电路产业水平得到了大幅的提升。但相比之下,仍然存在一些问题,比如设计业与整机的结合力度不足、产业链相对弱小、支撑业发展滞后、适用性人才不足、产业环境亟需改善等这些因素制约了本地集成电路产业的快速发展。
2.产业发展思路
“十二五”期间,西安将统筹优势资源,优先发展集成电路设计业,大力发展分立器件制造业,积极引进新一代芯片生产线,提升封装测试水平和能力,增强关键设备和基础材料的开发能力;在承接产业转移的过程中,积极促进企业的整合重组,以龙头企业带动产业的发展,促进产业集群的建立,完善产业相关配套环境建设。
政策引领,聚合力量,促进产业大发展。以培育具有国际竞争力的战略性产业为目标,以政府支持和市场需求为导向,以改善产业发展环境和创新机制为手段,引导资本、技术、人才、市场等要素交叉整合,优化配置,统筹协调产、学、研、用各环节有效衔接,形成合力,促进产业结构调整,整合资源,优化结构,重点突破,实现集成电路产业跨越式发展。
着眼全局,推动创新,提升产业竞争力。推行从芯片设计到系统应用的全产业链思维,积极推进技术创新、模式创新、制度创新,推动银企积极合作,大力培育集成电路在新兴产业中的应用,通过改造提升,实现传统产业的升级换代,在产业链各环节形成有核心竞争力的企业,构建战略性集成电路产业研发和产业化体系。
3.产业发展目标
通过新兴产业培育和产业结构调整,到“十二五”末企业数量达到100家以上,全行业销售收入达到400亿元,从业人员达到6万人,其中高端技术、管理人员达到10%,工程技术人员达到40%,高级技术工人达到30%;着重提升产业发展层次和水平,通过转变发展方式和机制创新,建立起以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的机制,增强企业自主创新能力,全行业加大研发投入力度,企业科研投入强度占销售额的比例平均达到6%,重点骨干企业研发投入强度力争达到8%。
4.产业布局规划
以关天经济区建设为契机,以西安为中心,统筹整合咸阳、宝鸡、渭南、汉中、天水等西部地区现有的微电子产业资源,发展上、下游配套的产业链,建立由“一区四园一基地”组成的西部微电子产业基地。
西安集成电路产业出口加工区:依托西安出口加工区B区,完善其基础及配套设施建设,引进出口加工型企业落户,使区内企业达到10家以上,成为西安集成电路产业国际化的支撑平台。利用出口加工区的政策优势,培育龙头企业,发挥龙头企业的
辐射带动作用,促进相关配套企业跟进,带动集成电路产业的快速发展。
西安集成电路设计产业园:以西安高新技术产业开发区为依托,建设西安集成电路设计产业园,形成集成电路设计企业聚集区,吸纳40-50家集成电路设计企业人驻;建设集中的产业公共技术支撑服务区,营造良好的人力资源供给环境,大力吸引境外跨国公司的研发机构、国内知名企业的设计中心和本地规模设计企业入驻,加大创业企业的扶持力度,使园区成为智力引进和实现企业自主创新的有效载体,成为推动集成电路产业可持续发展的源动力。
西安集成电路制造产业园:以西安高新技术产业开发区为依托,建设西安集成电路制造产业园。以新型分立器件、LED芯片及集成电路制造为核心,加大招商引资力度,吸引5-10家规模制造企业入园,使其成为国内有一定影响力的集成电路制造产业园区。
西安集成电路封装测试产业园:以西安经济技术产业开发区为依托,建设西安集成电路封装测试产业园,大力扶持本地企业,积极引进国内外知名企业及相关配套企业,吸引5-10家企业入驻,将该园区打造成国内有一定影响力的封装测试产业园。
西安集成电路设备与材料产业园:以西咸新区和西安民用航天基地为依托,建设西安集成电路设备与材料产业园,聚集一批设备与材料及相关配套企业聚集的产业园区,吸引15家以上相关企业入驻,发挥我西安装备制造业优势,建成国内一流、西部第一的集成电路设备与材料企业聚集区。
5.进一步完善产业服务体系
自2000年国家科技部在西安设立国家集成电路设计西安产业化基地以来,产业化基地一直采取“政府主导”的建设模式,探索出了一条产业推进、技术支撑与产业服务协调发展的有效模式,建立了较为完善的产业公共服务和技术支撑服务体系,形成了具有鲜明特色的“专业孵化器+产业公共服务+技术支撑服务+专业人才培养”的综合服务体系,能够为企业提供从产业研究、产业咨询、企业孵化、产业推进等产业公共服务和EDA设计服务、MPW&IP服务、封测服务及人才培养等技术支撑服务。“十一五”期间,孵化集成电路企业20多家,通过服务平台为产业发展争取各类资金超过1亿元,举办和参加行业展会近30次,为政府决策提业研究报告和专项报告10多项;利用EDA设计平台开发产品30多个,通过MPW&IP平台流片的产品近200种,流片费用近1亿元,封装测试平台服务项目近100个,培训平台培养各类技术人员4000多人,为企业累计节约成本超过1亿元,极大的促进了西安集成电路产业的发展。
“十二五”期间,产业化基地将以“一区四园一基地”为依托,进一步完善产业服务体系,提升产业化基地的服务能力,促进西安集成电路产业的突破发展。
产业服务方面:建立产品展示交易平台,构建电子商务系统,定期举办和参加有影响力的行业会议,形成全方位的产品展示交易服务体系;搭建投融资服务平台,设立“陕西集成电路专项种子基金”,将政府引导和市场优化资源配置相结合,多渠道引导国内外风险投资基金、金融债券等资金进入集成电路产业,为产业发展提供所需的金融资本支持。
技术领先 产品接近国际先进水平
七星电子是我国集成电路制造设备的领先企业,近年来通过自主研发以及与国际国内著名厂商、科研院所合作,同类产品性能逐步接近国际先进水平。公司生产的扩散系统、清洗系统、气体质量流量计等集成电路工艺设备已成功装备多条集成电路生产线,产品已在国内6英寸IC生产线得到广泛应用。在混合集成电路和电子元件开发能力、科技人员的技术水平、试验设备的配套及数量等方面居于国内前列。同时,公司从产品结构、配套能力、产品实物质量、品牌效应方面在国内也处于领先地位。七星电子是国内唯一一家具有8英寸立式扩散炉和8英寸清洗设备生产能力的公司,生产的8英寸生产线设备开始进入国内主流IC生产线。公司目前正进行12英寸90/65纳米清洗机、扩散炉和质量流量计等集成电路设备的研发。七星电子所生产的扩散设备和清洗设备均是集成电路制造工艺中的关键设备,产品用量大,技术含量高。公司开发的清洗设备产品已在集成电路生产线、集成电路材料、光电子行业和电力电子行业上得到了应用。
自主研发 为国防和航天事业作贡献
七星电子在混合集成电路和电子元件领域积累了多年的生产经验,通过承担军品科研任务形成了丰富的技术储备,产品的技术水平主要体现在产品的高精密、高可靠特性以及能够达到特定的技术指标等等。公司在国内军用混合集成电路以及高精密阻容元件的生产上,具备领先的技术优势。公司拥有九条生产线符合军工生产标准,生产的混合集成电路、高可靠高稳定电阻器、固体钽电容器、石英晶体器件等产品,广泛应用于军工行业。公司还在军工科研方面取得多项重大成果,为中国的国防和航天事业作出了显著的贡献,2006年被总装备部、国防科工委及信息产业部三部委联合评为“十五”军用电子元器件科研生产先进单位,获得信息产业部授予“军工电子质量年活动先进单位”。信息产业部军工电子局还先后多次对七星电子成功研制“集成电路设备工程”给予了奖励,中国空间技术研究院、中国运载火箭技术研究院、中国载人航天工程办公室、信息产业部、中国航--天科技集团公司等单位先后对七星电子在“神舟五号”、“神舟六号”、“神舟七号”载人飞船及“嫦娥一号”发射成功中作出的贡献给予了各种奖励,肯定了七星电子为中国航天事业中做出的贡献。
政策支持 市场前景良好
关键词:集成电路EDA 课程改革 教学内容
中图分类号:G642.0 文献标识码: A 文章编号:1672-1578(2013)10-0029-01
1 引言
高职教育的目的是使学生获得从事某个职业所需的实际技能和知识,具备进入岗位所需的能力与资格,并且应当具备良好的职业道德和熟练的职业技能,走上职业岗位之后能够胜任岗位,并有后续发展能力。然而,鉴于多方面因素,高职教育的教学质量不断下降,高职学生职业能力的欠缺直接影响了就业。因此,高职院校必须进行课程改革,构建符合高职教育规律、适应高职课程的教学模式。下面,笔者就简单谈谈我院集成电路EDA课程改革的情况。
2 课程定位
集成电路EDA技术是集成电路及电子系统设计的综合技术,是现代科技创新和IC产业发展的关键技术。该课程作为高等职业院校微电子专业的一门重要的主干专业课程,紧扣专业理论和生产实践需求,具有较强的岗位实践操作技能,是电子类专业毕业生必须具备的专业技能之一;而且该课程能贯穿整个专业教学环节,掌握本课程能使学生更好地学习掌握其他专业课程。
3 课程设计理念
按照“基于工作过程”的课程开发体系进行课改,重视职业技能的训练,充分体现以应用型技术人才为培养目标;形成以行业需求为导向,以职业实践为主线,“教、学、做一体化”的专业课程体系;构建工学结合的高职课程开发模式,落实“强化实践、重在应用”,着重 “职业能力” 培养的指导思想。通过典型的实践项目课题,多样化的教学方法,形成实践教学和工作过程一体化、课堂与生产线一体化、实践教学与培养岗位能力一体化,激发学生的学习兴趣,引导学生将学到的知识应用于实践中,加强课程知识点的连接,充分体现EDA技术在电子电路实际设计中的应用,使课程教学真正体现实践性、应用性。
4 改革目标
目前,集成电路EDA设计工具主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等少数企业所垄断。我院该课程采用的是Tanner Pro 软件,在教学过程中,以职业实践为主线,通过课程改革,逐步实现“教、学、做一体化”的专业课程体系。通过对实用电路的设计,激发学生学习先进的电子电路设计技术的兴趣,使学生掌握集成电路设计和布局图设计的基本方法,了解IC组件库的电路模型、符号模型的设计方法;能熟练创建电路文件、版图文件,生成网表文件,进行电路仿真模拟,并熟悉电路与版图对比方法;养成按规范进行集成电路设计与应用,并按照企业规范设计版图的职业素养;培养了学生使用现代先进设计工具的能力和团队沟通能力,为以后工作打下一定的基础。
5 教学内容
随着IC 技术的发展,对集成电路EDA课程教学内容提出了更高的要求。这次为适应科学技术的发展以及对人才培养的要求,我们走访企业、征求用人单位意见,特别聘请企业专家进行技术指导,结合专业培养目标和就业岗位群,我们对EDA课程的教学进行了修订,教学内容进行了调整和充实。
为加强对学生实践能力、创新能力和工程实践能力的培养,将EDA技术理论和实训课单独开设,促进了对学生实际动手能力和分析、设计能力的培养。为了培养学生的创新能力,我们加重了设计性实验、综合实验的分量,加强各种实践环节,使学生通过理论课程的学习和实训课程的实践,基本掌握EDA技术,再通过相应的课程设计将理论用于实践,将理论与设计融为一体,使学生在毕业设计中,既能提高运用所学知识进行设计的能力,又能在这一过程中体会到理论设计与实际实现中的距离,锻炼了学生分析问题、解决问题能力。
6 课程改革中的重点、难点及解决办法
课改的重点:“基于工作过程”的项目式课程开发
难点:项目式教学内容的确定,教材、教学设备的准备,学生对实际生产环境和生产过程的体验和学习,工程实际应用的系统设计。
解决方法:(1)采用全新的教学理念和教学方式,以“必须”“够用”的原则组织教学内容,将教学与EDA工程技术有机结合,设计由浅入深的实验项目,以实现良好的教学效果。(2)根据课程实践性强的特点,加强实验室建设,提倡学生进行自主教学活动。(3)多方面综合考虑,全面优化教学效果。(4)加强校企合作,提高授课教师的理论水平和工程实践能力,让学生进入企业进行生产实习,将教学、实验和科研紧密结合。
7 教学方法与手段
EDA技术涉及面广、实践性强,对教师和学生的要求较高。在EDA技术教学方法上,我们改变了过去以教师为中心、以课堂讲授为主、以传授知识为基本目的的传统教学模式。采用教师讲授与学生实践相结合,理论知识与现实工程问题相结合的灵活的教学方式,留给学生充分的思考和实践时间,鼓励学生勤于思考,把握问题实质,不断提高自己解决实际问题的能力。把“教、学、做”一体化,体现到实处。
讲课时突出重点、难点,注重知识点重组。教学中引入大量的EDA实际例题,重视培养学生的运用知识,解决实际问题的能力,充分调动了学生的学习积极性。
实践表明,采用多元化的教学方法可以取得较好的效果。多元化教学方法包括:(1)交互讨论教学法;(2)目标驱动教学法;(3)开放式自主实践;(4)课外兴趣小组;(5) 鼓励学生参与大学生创新活动。
在课堂教学中,让学生多实践,多动脑、勤思考,才能发挥他们的学习主动性,起到良好的教学效果。
8 结语
通过课程改革,改变了常规的教学模式,以学生为主,教师为辅,再结合多种教学方式,以激发学生的学习兴趣,提高学生的学习能动性,并且重视学生的理论与实践的结合能力,使学生深切感受到学有所用,大大提高了集成电路EDA课程的教学效果。
参考文献:
程:您好!在浦东新区政府和北京大学的大力支持和领导下,经过一年多的筹备,上海浦东微电子封装和系统集成公共服务平台已经正式开始运营。
平台由上海北京大学微电子研究院联合多家封装企业和研究单位共同建设,在上海市浦东新区科学技术委员会、上海市集成电路行业协会、上海张江集成电路产业区开发有限公司、上海浦东高新技术产业应用研究院和上海张江(集团)有限公司支持下运营。平台目标旨在通过跨地域、跨行业、跨学科的产学研用合作,集聚优势资源,为我国微电子产业(主要是中小型企业)提供需要的封装设计加工、测试、可靠性分析与测试等服务并开展微机械系统MEMS/微光电子机械系统(MOEMS)封装、3-D集成等系统集成技术研发,为集成电路行业培养封装和系统集成高端人才,逐步发展成能为全国集成电路企业提供优质技术服务的微电子封装与系统集成公共服务平台。
平台服务内容包括先进封装设计、小批量多品种集成电路封装与测试、系统集成、可靠性分析测试和封装人才培养等,将涵盖封装设计、仿真、材料、工艺和制造等多个领域。封装设计服务将提供封装设计及封装模拟,封装信号完整性分析等服务。小批量多品种封装服务将提供中小型集成电路设计企业需要的封装技术,为特殊应用领域(如宽禁带半导体高温电子封装、高频系统封装、大功率器件与集成电路封装等)提供封装服务。系统集成技术服务将提供圆片级封装技术(WLP)、微电子机械系统(MEMS)/微光电子机械系统(MOEMS)封装、3-D集成等先进封装/系统集成技术服务,同时广泛开展技术合作、技术孵化导入活动。可靠性分析测试服务将围绕可靠性测试技术发展需求,开发具有自主知识产权、具有广泛应用前景的技术和产品,为自主知识产权高端芯片的设计制造项目提供技术支撑,为微电子企业提供集成电路测试、分析、验证、老化筛选和完整的测试解决方案和咨询服务。另外,我国封装技术人才的严重短缺,成为制约集成电路封装业进一步发展的瓶颈。依托平台强大的封装研发力量,充分发挥海内外专业人才示范作用,尽快培养本土IC封装人才群,为企业作好人才梯队储备。
平台拥有一支以中青年人才为科技骨干的、拥有雄厚技术力量和战斗力的技术团队。平台的运营目前是以中芯国际、UTAC、58研究所、天水华天科技、772研究所、香港科技大学和上海北京大学微电子研究院为技术依托,以国内外知名封装、微电子领域学者和资深专家为核心,主要核心科学家和技术专家包括有中国工程院院士、微电子技术专家许居衍,北京大学教授、中国科学院院士王阳元,香港科技大学教授、资深电子封装专家、香港科大电子封装实验室主任、先进微系统封装中心主任李世伟等。
另外,上海北京大学微电子研究院在平台的技术和运营方面也有很多优势。我院依托北京大学拥有雄厚的人才资源和学科优势,在微电子产业战略、基础技术、关键技术、应用开发四个层面上展开工作,同时在射频电路、混合信号集成电路、EMI、纳米尺度MOS器件、MEMS技术、高压大功率器件与电路、高可靠性封装测试技术等领域取得了一系列研究成果。研究院具有许多在微电子主要领域和研究方向的专家、教授、研究员、工程师,同时也招收培养了一批优秀的研究生。他们在LED驱动芯片的设计与封装、芯片级封装、系统级封装、三维立体封装和可靠性封装方面有很深入的研究,并取得了不少成果和专利。SIP封装技术、三维立体封装和可靠性封装将成为北大上海微电子研究院重点发展的研究方向,这些技术基础为封装服务平台的建设发展提供了可靠的保障。
记者:成立该平台的背景是什么?它对行业有哪些积极作用?
程:随着封装技术不断发展演变,IC设计公司对微型化、轻便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求越来越高,目前浦东新区现有封装测试企业并不能满足中小型IC企业的要求,该平台可以使相关企业获得服务便捷、形式灵活、成本合理的封装测试服务,有利于提高产品质量,加快产品开发节奏,提高企业自身的竞争能力。
目前浦东已有100余家集成电路设计企业,随着近几年出现的多项目晶圆(MPW)服务的开展,进一步地降低了IC设计开发的初期投入,也大大促进了集成电路设计行业的发展。但是,中小型IC设计企业在起步阶段需要以QFP、BGA等形式封装,封装数量较小,很难获得大型封测企业的服务支持,导致产品开发周期加长和成本提高等诸多问题。而随着IC设计企业的成长,产品线的不断扩展,需要的封装品种也将不断增加,一般的封装企业不能提供有效的技术服务。因此小批量、多品种封装必然成为集成电路产业链中迫切的需求。
另外,很多企业和研究机构在对一些新型电路、高端产品和先进技术的探索、创新和研究上,需要有微小型、高密度、高频、高温、高压、大功率、高可靠性的封装技术来支持。而大型封测厂并不能针对这种高端的、专一的、小量的封装服务需求给予有力的帮助,因而这些集成电路企业和研究机构只能通过其它途径寻求提供特殊需求服务的国外封测单位,这样无形间带来产品开发时间和成本的压力。建设这样的封装服务平台则可以有效的解决此类问题,为他们创造便利的条件。
记者:对于解决封装行业存在的一些问题,国外有无类似的平台?我们建立该平台有无借鉴国外的一些经验?
程:世界半导体产业面临波浪式发展,目前各大公司纷纷在我国建立后工序工厂及设计公司,摩托罗拉、英特尔、AMD、三星、ST、亿恒、Amkor、日立、三菱、富士通、东芝、松下、三洋都在我国建有后工序工厂,飞利浦在江苏、广东新建两个后工序工厂。面对蓬勃发展的IC封装业,无论技术怎样发展,市场需求是产业发展原动力,既有规模化生产,又有市场变化对封装要求加工批量小、节奏快、变数大的特点,市场竞争不只是求规模,更重要的是求强,大不一定就是强,所以通过国际半导体形势的发展来看,封装产业的发展模式及战略十分值得重视与探讨。
该平台就是在总结了国内外集成电路封装产业存在的问题之后而建立的。目前国外和中国台湾地区有企业从事类似业务,但没有类似在政府和行业协会支持下专门从事封装技术支持的公共服务平台。
记者:该平台是只面向浦东还是面向全国?
程:面向全国。
记者:与一些大型封装测试公司相比,该平台有哪些优势?您认为它的前景怎样?
答:随着封装技术不断发展演变,IC设计公司提出了微型化、轻便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求,目前一些大型封装公司并不能满足中小型IC企业的要求,而该平台的优势在于可以使相关企业获得服务便捷、形式灵活、成本合理的封装服务,有利于提高产品质量,加快产品开发节奏,例如为中小型IC设计/光电器件企业提供如下的服务:晶圆凸点制备、芯片级植焊球、有机底版设计及加工、表面贴装回流焊、BGA/FC/MCM封装及组装等。针对部分电子系统制造商的要求,开展特殊封装的研发与服务,主要包括:集成电力电子模块封装(IPEM)、大功率LED的封装、MEMS封装设计与服务等。为大学与科研机构提供各种特殊封装材料/形式的封装、咨询、培训、系统集成服务,以及各种可靠性测试和分析服务。上述服务都是一些大型封装测试公司无法做到的。所以该平台的服务模式本身就是一种优势。
另外,我国目前拥有良好的产业政策环境,浦东地区具有雄厚的产业基础,丰富的人才资源储备和较好的技术基础,加上广泛的市场需求和上海北京大学微电子研究院及其合作伙伴的技术和运营优势,该平台有着非常广阔的发展前景。
记者:成立这样一个平台,您一定也在这方面有非常深的了解,站在一个行业专家的角度,您对整个封装业的现状有哪些看法?
程:IC封装测试业是IC产业链中的一个重要环节。一直以来,外资企业在中国IC封装测试领域占据了优势,但内资封装测试企业蓬勃发展,中小企业不断涌现,内资特别是民营企业的发展为IC封装测试业增添了活力和希望。目前在长三角地区,汇聚了江阴长电、南通富士通、安靠、优特、威宇科技、上海纪元微科、上海华岭等众多大型微电子封装测试企业,在全国处于领先地位。西部地区封装测试业包括天水华天科技也有较快的发展。另外,2007年10月,英特尔(成都)有限公司微处理器工厂顺利运营并实现首枚多核处理器出口。同时,中芯国际(SMIC)、马来西亚友尼森(Unisem)、美国芯源系统(MPS)等半导体封装测试项目在成都相继投产,西部封装测试厂的产能将会进一步释放。
目前,国内外资IDM型封装测试企业主要为母公司服务,OEM型封装测试企业所接订单多为中高端产品,而内资封装测试企业的产品已由DIP、SOP 等传统低端产品向QFP、QFN、BGA、CSP等中高端产品发展。
综观目前国内整个封装业在对中小型集成电路设计企业的服务方面存在以下不足:
(1)国内企业高端技术投资有限,产品多集中于中低端,难以在高端市场上取得突破;
(2)国内先进封装技术的实施几乎完全依靠从国外引入;
(3)已有封装企业对于处于起步阶段的IC设计公司小批量封装要求能提供的服务极少,不利于整个IC产业的发展;
(4)无法满足小批量集成电路特殊封装的需求。
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记者:未来封测业的发展怎样?该平台的未来发展规划是怎样?
集成电路作为关系国民经济和社会发展全局的基础性和先导性产业,是现代电子信息科技的核心技术,是国家综合实力的重要标志。鉴于我国集成电路市场持续快速的增长,对集成电路设计领域的人员需求也日益增加。集成电路是知识密集型的高技术产业,但人才缺失的问题是影响集成电路产业发展的主要问题之一。据统计,2012年我国对集成电路设计人才的需求是30万人 [1-2]。为加大集成电路专业人才的培养力度,更好地满足集成电路产业的人才需求,2003年教育部实施了“国家集成电路人才培养基地”计划,同时增设了“集成电路设计和集成系统”的本科专业,很多高校都相继开设了相关专业,大力培养集成电路领域高水平的骨干专业技术人才[3]。
黑龙江大学的集成电路设计与集成系统专业自2005年成立以来,从本科教学体系的建立、本科教学内容的制定与实施、师资力量的培养与发展等方面进行不断的探索与完善。本文将结合多年集成电路设计与集成系统专业的本科教学实践经验,以及对相关院校集成电路设计专业本科教学的多方面调研,针对黑龙江大学该专业的本科教学现状进行分析和研究探索,以期提高本科教学水平,切实做好本科专业人才的培养工作。
一、完善课程设置
合理设置课程体系和课程内容,是提高人才培养水平的关键。2009年,黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业制定了该专业的课程体系,经过这几年教学工作的开展与施行,发现仍存在一些不足之处,于是在2014年黑龙江大学开展的教学计划及人才培养方案的修订工作中进行了再次的改进和完善。
首先,在课程设置与课时安排上进行适当的调整。对于部分课程调整其所开设的学期及课时安排,不同课程中内容重叠的章节或相关性较大的部分可进行适当删减或融合。如:在原来的课程设置中,“数字集成电路设计”课程与“CMOS模拟集成电路设计”课程分别设置在教学第六学期和第七学期。由于“数字集成电路设计”课程中是以门级电路设计为基础,所以学生在未进行模拟集成电路课程的讲授前,对于各种元器件的基本结构、特性、工作原理、基本参数、工艺和版图等这些基础知识都是一知半解,因此对门级电路的整体设计分析难以理解和掌握,会影响学生的学习热情及教学效果;而若在“数字集成电路设计”课程中添加入相关知识,与“CMOS模拟集成电路设计”课程中本应有的器件、工艺和版图的相关内容又会出现重叠。在调整后的课程设置中,先开设了“CMOS模拟集成电路设计”课程,将器件、工艺和版图的基础知识首先进行讲授,令学生对于各器件在电路中所起的作用及特性能够熟悉了解;在随后“数字集成电路设计”课程的学习中,对于应用各器件进行电路构建时会更加得心应手,达到较好的教学效果,同时也避免了内容重复讲授的问题。此外,这样的课程设置安排,将有利于本科生在“大学生集成电路设计大赛”的参与和竞争,避免因学期课程的设置问题,导致学生还未深入地接触学习相关的理论课程及实验课程,从而出现理论知识储备不足、实践操作不熟练等种种情况,致使影响到参赛过程的发挥。调整课程安排后,本科生通过秋季学期中基础理论知识的学习以及实践操作能力的锻炼,在参与春季大赛时能够确保拥有足够的理论知识和实践经验,具有较充足的参赛准备,通过团队合作较好地完成大赛的各项环节,赢取良好赛果,为学校、学院及个人争得荣誉,收获宝贵的参赛经验。
其次,适当降低理论课难度,将教学重点放在掌握集成电路设计及分析方法上,而不是让复杂烦琐的公式推导削弱了学生的学习兴趣,让学生能够较好地理解和掌握集成电路设计的方法和流程。
第三,在选择优秀国内外教材进行教学的同时,从科研前沿、新兴产品及技术、行业需求等方面提取教学内容,激发学生的学习兴趣,实时了解前沿动态,使学生能够积极主动地学习。
二、变革教学理念与模式
CDIO(构思、设计、实施、运行)理念,是目前国内外各高校开始提出的新型教育理念,将工程创新教育结合课程教学模式,旨在缓解高校人才培养模式与企业人才需求的冲突[4]。
在实际教学过程中,结合黑龙江大学集成电路设计与集成系统专业的“数模混合集成电路设计”课程,基于“逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)”的课题项目开展教学内容,将各个独立分散的模拟或数字电路模块的设计进行有机串联,使之成为具有连贯性的课题实践内容。在教学周期内,以学生为主体、教师为引导的教学模式,令学生“做中学”,让学生有目的地将理论切实应用于实践中,完成“构思、设计、实践和验证”的整体流程,使学生系统地掌握集成电路全定制方案的具体实施方法及设计操作流程。同时,通过以小组为单位,进行团队合作,在组内或组间的相互交流与学习中,相互促进提高,培养学生善于思考、发现问题及解决问题的能力,锻炼学生团队工作的能力及创新能力,并可以通过对新结构、新想法进行不同程度奖励加分的形式以激发学生的积极性和创新力。此外,该门课程的考核形式也不同,不是通过以往的试卷笔试形式来确定学生得分,而是以毕业论文的撰写要求,令每一组提供一份完整翔实的数据报告,锻炼学生撰写论文、数据整理的能力,为接下来学期中的毕业设计打下一定的基础。而对于教师的要求,不仅要有扎实的理论基础还应具备丰富的实践经验,因此青年教师要不断提高专业能力和素质。可通过参加研讨会、专业讲座、企业实习、项目合作等途径分享和学习实践经验,同时还应定期邀请校外专家或专业工程师进行集成电路方面的专业座谈、学术交流、技术培训等,进行教学及实践的指导。
三、加强EDA实践教学
首先,根据企业的技术需求,引进目前使用的主流EDA工具软件,让学生在就业前就可以熟练掌握应用,将工程实际和实验教学紧密联系,积累经验的同时增加学生就业及继续深造的机会,为今后竞争打下良好的基础。2009―2015年,黑龙江大学先后引进数字集成电路设计平台Xilinx和FPGA实验箱、华大九天开发的全定制集成电路EDA设计工具Aether以及Synopsys公司的EDA设计工具等,最大可能地满足在校本科生和研究生的学习和科研。而面对目前学生人数众多但实验教学资源相对不足的情况,如果可以借助黑龙江大学的校园网进行网络集成电路设计平台的搭建,实现远程登录,则在一定程度上可以满足学生在课后进行自主学习的需要[5]。
其次,根据企业岗位的需求可合理安排EDA实践教学内容,适当增加实践课程的学时。如通过运算放大器、差分放大器、采样电路、比较器电路、DAC、逻辑门电路、有限状态机、分频器、数显键盘控制等各种类型电路模块的设计和仿真分析,令学生掌握数字、模拟、数模混合集成电路的设计方法及流程,在了解企业对于数字、模拟、数模混合集成电路设计以及版图设计等岗位要求的基础上,有针对性地进行模块课程的学习与实践操作的锻炼,使学生对于相关的EDA实践内容真正融会贯通,为今后就业做好充足的准备。
第三,根据集成电路设计本科理论课程的教学内容,以各应用软件为基础,结合多媒体的教学方法,选取结合于理论课程内容的实例,制定和编写相应内容的实验课件及操作流程手册,如黑龙江大学的“CMOS模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程,都已制定了比较详尽的实践手册及实验内容课件;通过网络平台,使学生能够更加方便地分享教学资源并充分利用资源随时随地地学习。
四、搭建校企合作平台
关键词:张江园区;集成电路设计;企业
中图分类号:F270 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2013)12-0026-04
自1958年美国德克萨斯仪器公司发明了世界上第一块集成电路以来,作为电子信息行业的核心和基础,集成电路产业规模迅速扩大,技术水平突飞猛进,这是技术驱动和市场拉动双重合力的结果。虽然集成电路制造业依然是这个产业链的中流砥柱,但值得注意的是近年来设计业异军突起。张江集成电路产业的发展特点无疑也暗合了这样的趋势。虽然张江集成电路设计、制造、封装测试和设备材料四业均保持了平稳快速的增长态势,但设计业充分显示了先导性行业的活力,成为整个产业链中增长最快、占比上升最明显的行业。
一、张江集成电路设计企业的发展优势
集成电路产业是张江高科技园区的主导产业之一。该产业链的形成肇始于2000年底第一家晶圆代工企业——中芯国际的投资建设。一大批芯片设计、制造、封装、测试及设备材料等上下游企业,在张江 “产业链”发展思路和以创新带动园区建设的主导思想下快速集聚张江,展讯、华虹、格科微、昂宝、AMD、Nvidia和Marvel等一批国内外著名设计企业经历了多年的快速发展,在移动通讯、3G/4G手机芯片、高清数字电视、智能标签、绿色电源、数字多媒体等芯片设计领域形成了独特的发展优势,主要表现在:
(一)技术水平加速提升
作为产业链中技术含量最高的设计业,生存和发展的根本动力在于技术创新。
张江园区一批具有竞争力的自主创新设计企业,通过技术创新和商业模式创新已成为各自细分领域的引领者,部分领军企业设计研发的产品已达到国际先进水平。2011年初,展讯推出了全球首款40nm低功耗商用TD-HSPA/TD-SCDMA多模通信芯片,这款芯片的研制成功,标志着张江园区手机芯片设计水平首次达到世界一流水平。又如深迪半导体开发的一款陀螺仪产品—SSZ030CG,标志着第一款具有中国自主知识产权的商用MEMS陀螺仪的诞生,打破了欧美及日本对这一高科技领域的技术壁垒。
经过多年的努力,张江集成电路设计企业相继实现了技术乃至应用领域的新突破。设计企业研发的基带、射频、图像传感器、功率放大器、能源计量等20多类芯片被广泛应用于手机、智能卡、数字电视、汽车电子、智能电表和水表等消费电子和工业电子领域。越来越多的设计企业从单一的技术或产品开发向系统方案集成和终端产品开发转变。
(二)销售收入持续增长
张江集成电路设计企业已由初创期转入成长期,持续快速增长正是IC设计企业进入成长期的重要标志。
2010年,在全球和国内集成电路产业全面复苏的背景下,张江设计业呈现全面爆发式的增长,实现销售收入66.1亿元,同比增长56%。2011年,即使在半导体行业不景气的情况下,张江设计业依然实现销售收入95.7亿元,首次超过芯片制造业,同比增长44.8%,是四业中增速最快的行业,远高于国内30.2%的平均增速。占上海的比重由2010年的58.4%上升为64.1%,占全国比重由18.2%上升至20.2%。
自2004年张江出现首家超亿元的设计企业(上海华虹集成电路有限责任公司)以来,每年超亿元的设计企业数量不断增加,2012年已达10多家。其中最为突出的是展讯公司,2011年销售收入在上一年猛增238%的基础上再次翻番,达到42.88亿元,增速居全球前25大集成电路设计企业首位。
(三)资源整合步伐加快
并购重组现已成为设计企业在短期内快速实现业务整合,弥补技术短板的最佳方案,这也是世界集成电路发达国家和地区的普遍规律。
张江集成电路设计企业顺应国际半导体行业及相关领域兼并重组的发展趋势,通过产业链上下游企业间的并购重组,克服单一企业进入市场的障碍,加速进入高端芯片市场。例如聚辰半导体与美凌微电子以股份置换的方式进行合并,发挥双方在智能卡芯片、模拟和混合信号集成电路产品方面的优势,融合数字和模拟技术,打造国内模拟IC市场的巨头。再如锐迪科在布局基带芯片领域的同时,获得泰鼎一项IP特许和开发协议,可以开发生产和销售派生版本的数字电视SOC平台,这也意味着锐迪科将进入数字电视市场。
张江集成电路设计企业通过兼并重组,实现强强联合,既保存了企业实力,延伸拓宽了产业链;又推动了企业做大做强,增强了市场竞争力。
二、张江集成电路设计企业的发展瓶颈
张江园区是中国集成电路设计企业最为集中,技术水平相对较高,所有制形式最为多样化的产业基地。但在张江落户的设计企业,总的来说,还处于成长阶段,企业规模小,盈利能力不足,产品线单一,缺乏核心技术和自主品牌。张江大多数设计企业发展后劲乏力的主要原因在于:
(一)政策限制挫伤企业发展活力
政策支持在集成电路产业发展中的重要作用不言而喻。2000年的国发18号文开启了国内集成电路产业发展的黄金十年。但近年来,政策的诸多限制,抑制了芯片设计企业乃至整个产业链的良性发展。
首先,由于财税[2000]25号文对“集成电路设计企业”的定义,导致许多设计企业在工商登记后,税务机关不认可其为生产型企业,拿不到加工手册,无法实现出口退税。当设计企业设计的芯片需要在境内加工时,只能通过境外公司下订单,并通过国外公司销售。而张江的设计企业仅仅成了设计中心。
其次,中国自2005年4月1日起停止执行财税[2002]70号第一条即增值税实际税负超过3%的部分实行即征即退政策,致使设计企业在尚未销售产品前,须先交付芯片制造、封装和测试等各个加工环节17%的增值税,从而造成设计企业流动资金周转困难。而其他采用增值税制的国家和地区,如新加坡为3%,中国台湾为5%,韩国为10%,都较国内低。设计企业为了避免资金占压,只能迂回境外下单加工。此外,由于进口芯片可以免税,境内客户便不愿采购境内设计企业芯片,造成境内设计企业不能实现本土销售。
张江一批设计企业因受政策影响,在完成设计后不得不转移到境外生产和销售,造成销售额、利润和税收大量流向境外,使张江的芯片代工企业和封装测试企业得不到设计企业的订单支持,既阻碍了以设计企业为“龙头”推动集成电路产业全面发展的趋势,也使国家税收遭受巨大损失。
(二)融资困难束缚企业发展规模
集成电路产业是一个技术密集、资金密集和人才密集的产业,对于投融资环境的要求较其他产业更为迫切。然而,集成电路设计企业的特殊性,使其融资之路较其他产业更为艰难。
首先,中国的投融资渠道比较单一,国内银行体系重点关注的是回报率稳定、资产风险小的行业和大型国有企业。而大多数设计企业无厂房、设备等固定资产,其资产轻、规模小、历史短的特征,不符合传统意义上的银行放贷标准。近年来,虽然有些银行推出了以知识产权等无形资产获取信用贷款的金融产品,但由于知识产权质押登记流程长,耗时久,加上一般高新技术较为尖端,其市场价值和发展前景难以为金融机构人员理解和评估。银行为了规避自身风险,不愿从根本上突破现有的评估模式,所以真正通过知识产权质押获得银行贷款的企业少之又少。
其次,虽然设计企业可以选择国内或海外上市,但国内上市门槛高,使众多设计企业望而却步。如主板市场需要连续三年盈利,中小板需要连续两年盈利,创业板需要最近三个会计年度净利润均为正数,且累计超过3 000万元。而海外上市手续复杂、成本高,加上国际影响力不够,能够成功上市的仅属业中翘楚,中小型设计企业根本无法企及。此外,虽有政府扶持资金,但审核周期长,有时要超过一年,根本无法在企业最需要资金的时候雪中送炭。
融资困难一方面使众多的设计企业发展规模受阻;另一方面无力投入高新技术研发,致使产品附加值不高,只能在国内低端产品市场竞争,前景堪忧。
(三)人才缺失制约企业发展潜力
集成电路设计业是产业链中人才密集度最高的行业,如何更好地利用现有人才激励政策、户籍政策来吸引人才,留住人才,用好人才,是助推设计企业发展的关键。
一般来说,集成电路设计企业引进的研发高端人才大多来自海外,收入相对较高。然而根据中国现行的个人所得税法的相关规定,这些人才收入的征税率相较于其在国外缴纳的所得税来说要高出许多。据统计,一位年薪10万美元的美籍工程师,按照美国税法以及其抚养子女、购房贷款和赡养父母的抵扣规定,其实际缴纳的总税率仅为10%~15%。而按照中国个人所得税法,实际缴纳的总税率至少达35%,根本不利于设计企业高端人才的引进,也降低了该类人才留在国内发展的稳定性。
同时,受上海户籍制度的限制,许多优秀的外地人才被拒之门外。虽然有居住证制度,但与户籍享有的权利和保障存在明显差异,尤其在子女教育问题上。更重要的是居住证远没上海户籍那样让人产生安全感与归属感。许多优秀的外地人才只能到上海周边地区——户籍政策门槛相对较低的苏、杭州等地,寻找个人价值的发展空间。此外,上海作为全国最发达的现代化城市,生活成本居高不下。根据英国经济学人智库最新一期“全球生活成本指数”排行榜,上海已与纽约基本看齐,大陆第一,全球第三十,远高于内地城市的生活成本,不仅令未来者望而却步,也令已居者萌生去意。
上海日趋紧张的用人环境和设计企业成倍增长的人才需求形成巨大的供需矛盾,招聘人才难,人才流失严重已成为制约设计企业发展不容忽视的关键因素。
三、张江集成电路设计企业发展策略
集成电路设计业是集成电路产业中最具活力和最富发展潜力的行业,是集成电路产业技术水平的集中体现,也是中国集成电路产业发展的重中之重。如果设计业发展滞缓,不仅牵制集成电路市场的扩展,也严重影响芯片制造和封装测试等整个产业链的发展与稳定。因此,采取一些有突破性的措施来迅速改善集成电路设计业的现状,对推动集成电路整个产业链的发展十分重要。
(一)构建以设计企业为“龙头”的集成电路产业链保税监管新模式
首先,将设计企业视同于将产品制造外包的集成电路生产型企业,使其可以享受产品出口退税,鼓励设计企业将流片加工和销售重返境内。目前,集成电路生产制造有两种方式,一种是英特尔、德州仪器公司等企业采用的IDM(集成器件制造商)方式;另一种是以垂直分工为主要特征的集成电路产业链方式,主要由集成电路设计公司(Fabless)、芯片代工企业(Foundry)、封装测试企业(Assembly&Testing)分别完成。中国台湾地区、新加坡、韩国等均是通过后一种方式参与集成电路产业的国际分工。中国集成电路产业也是借助于这种方式得以迅速崛起。因此,对集成电路设计企业的认识不应仅停留在设计服务层面上。实际上,Fabless才是集成电路设计企业的主流商业模式。Fabless的准确含义是没有芯片厂的半导体公司。如果在政策层面能够将设计企业定位于生产型企业,设计企业享受免抵退政策也就顺理成章了。
其次,参照台湾新竹的成功经验,将集成电路产业进行全程保税,即保关税和增值税。对经认定的集成电路企业,无论是集成电路设计、生产、封装、测试企业还是集成电路设备和原材料生产企业,在其从事集成电路产业相关经营活动中,给予保税政策。当这些企业的产品实现国内销售,就按国内销售征税;若产品出口,则免于征税。如果张江集成电路产业能够参照国际通行做法,对设计企业设计的芯片在生产加工过程中不征收增值税,那么它对带动芯片制造、封装测试、设备制造和软件开发等各个环节的跨越式发展有着不可估量的作用,它可以使整个产业链上缴给国家的税收呈几何级、跳越式增长。
(二)搭建投融资专业化金融服务平台,助力设计企业发展腾飞
首先,根据张江设计企业特性和发展阶段,开发多层次、多品种的金融产品,以适应不同特点和阶段的企业融资需求。对于处在研发阶段的初创型企业,引入张江小额贷款、融资租赁和融资担保等;对于产品处于研发阶段的企业,则从“投贷联动”入手,引入私募基金、风险投资等。同时,加大推进张江已经实施的“银政合作”项目,按照“风险共担、限额补贴、征信先行、专业运作、监管创新”的原则,以企业融资信用信息征集为基础,不断引入多家商业银行共同参与,支持银行扩大放贷规模,对解决企业融资问题有突出贡献的机构给予风险补偿和奖励。一方面,银行通过提高抵押融资比例、丰富质押融资手段、加快审批速度、优化信贷结构,为企业提供银行融资;另一方面,政府通过风险共担、梯度奖励等激励措施,增强银行放贷信心。有了政府的担保抵冲坏账额度,银行的放贷规模成倍放大,一些原本不符合银行放贷条件的企业可以因此得益,从而解决设计企业在发展过程中的融资难题。
其次,帮助设计企业进入多层次资本市场,促使企业创新与资本运作有机结合。对有改制上市意愿的企业,邀请券商等专业中介机构进行不同资本市场的专题培训或上门个别辅导,从公司治理、内部控制、股权激励、商业模式设计等多角度全面分析企业发展之路,有针对性地帮助企业提高上市融资实务操作技能,使之充分了解企业自身发展现状,选择最佳上市板块。尤其是要帮助设计企业充分认识到“新三板”作为多层次资本市场的组成部分,可成为有创新能力和发展潜力企业可持续发展的重要加速器。同时,鼓励设计企业进入OTC中心挂牌交易,对交易各方给予引导和支持,为科技型企业早期融资创造条件。
(三)推动创新人才政策,营造聚才、育才、用才的良好环境
首先,以张江建设国家自主创新示范区为契机,推进和落实“张江创新十条”政策。设立以国资为导向的“代持股专项资金”,实施股权激励。对符合股权激励条件的团队和个人,给予股权认购、代持及股权取得阶段所产生的个人所得税代垫等资金支持。推行“张江聚才计划”,加速高端人才集聚。建立以市场化的角度、企业家的眼光为导向的全新人才评价方法,以实践和贡献为出发点来衡量人才。设立“张江创新人才奖励资金”,通过评价方式、评价标准和激励方式的创新帮助企业吸引和留住关键、骨干人才。还可借鉴一些国家或地区的做法,对贡献大和特别急需的高层次人才,实施个人所得税补贴、个人购房贷款贴息及年度嘉奖等激励政策,来加大企业吸引人才,留住人才的法码。
其次,不断优化工作和生活环境,全方位降低人才的创业和居住成本。针对上海高房价对企业引进、留住人才带来的压力,加速开发建设价格优惠、配套设置齐全的人才公寓,建造限价商品房,定向配售给符合条件的引进人才、专业技术骨干、管理人员自住。同时,积极拓展优质教育资源,提升园区基础教育水平,对设计企业创新创业人才,其子女在学前教育、义务教育阶段入园入学安排上予以优先照顾,并为外籍高层次人才及其配偶、未成年子女和外籍高端技术人员,申请长期居留许可提供便利。
四、结束语
当今世界正处于电子信息时代,集成电路产业对于改变我们的生活方式,促进全球信息技术发展,提(下转79页)(上接28页)升各国综合国力具有重要的战略意义和现实意义。未来的张江,如何把握相关战略新兴产业快速发展的机遇,实现以集成电路设计企业为龙头,带动整个产业链的快速发展;如何把握建设张江国家自主创新示范区的重大机遇,集聚创新能力,优化产业结构,跻身世界一流集成电路产业竞争行列,任重而道远。
参考文献:
[1] 上海市经信委和上海市集成电路行业协会.2012年上海集成电路产业发展研究报告[M].上海:上海教育出版社,2012.
[2] 2011年度张江高科技园区产业发展报告[Z].
[3] 朱贻玮.中国集成电路产业发展论述文集[M].北京:新时代出版社,2006.
―、构建课程体系的总体思路
构建微电子技术专业课程体系的总体思路是以微电子行业职业岗位需求为依据,以素质培养为基础,以技术应用能力为核心,构建基于工作过程的课程体系。实施学院“四环相扣”的工学结合人才培养模式,将“能力标准、模块课程、工学交替、职场鉴定”的四个环节完整统一,环环相扣,充分体现了高职教育工学结合的人才培养思想,努力为社会培养优秀高端技能型人才。
1.行业、企业等用人单位调研。通过调研国内“成渝经济区”为主)微电子技术行业、企业等用人需求和要求,了解现有高职微电子技术专业学生就业情况、用人单位反馈意见及人才供需中存在的问题。电子信息产业是重庆市国民经济的第一支柱产业。重庆市“十二五”规划建议提出,培育发展战略性新兴产业。把新一代信息产业建设为重要支柱产业,建设全球最大的笔记本电脑加工基地、建设通信设备、高性能集成电路、光伏组件及系统、新材料等重点产业链(集群),建成国家重要的战略性新兴产业基地。以集成电路产业的重点项目为牵引,建成包括芯片制造、封装、测试、模拟及混合集成电路设计和制造等项目的产业集群,形成较为完善的集成电路产业链;四川电子信息产业未来5年将迈万亿元,成渝经济区将打造成西部集成电路的产业高地。随着惠普、富士康、英业达、广达集团等世界级的IT巨头进入成渝,未来几年IT人才需求在20万以上,而现在成渝地区每年培养的相关人才不过2万人左右,远远不能满足社会需求。市场需求的调查表明,近年来成渝地区IC制造、IC封装及测试、IC版图设计等岗位的微电子技术应用型人才紧缺。同时调研表明半导体行业企业却难以招到满意的人才,学生在校学非所用,用非所学,实践动手能力、社会适应能力、责任意识、职业素养难以满足企业要求。
2.基于工作过程的课程体系的理论基础。基于工作过程的课程体系的理论基础,主要从德国“双元制”职业教育学习论和教学论的角度阐述构建基于工作过程的课程体系的理论依据。工作过程系统化的课程体系必须针对职业岗位进行分析,整理出具体的、能够涵盖职业岗位全部工作任务的若干典型工作过程,按照人的职业能力的形成规律进行序列化,从中找出符合职业岗位要求的技术知识和破译出隐性的工作过程知识,并以工作任务为核心,组织技术知识和工作过程知识[2]。通过完全打破原有学科体系,按照企业实际的工作任务、工作过程和工作情境组织课程,形成围绕工作过程的新型教学项目的“综合性”课程开发。
3.形成专业定位,确定培养目标。根据存在的问题及半导体产业链过程:集成电路设计—裸芯片精细加工^封装测试—芯片应用—PCB设计制造,充分掌握现有微电子技术专业课程体系建设的基础及存在的问题,形成重庆电子工程职业学院微电子技术专业定位,确定培养目标:培养德、智、体、美全面发展;掌握微电子技术专业领域必备的基础知识、专业知识;有较强的岗位职业技能和职业能力;面向集成电路设计、芯片制造及其相关电子行业企业,满足生产、建设、服务和管理第一线的优秀高端技能型专门人才。毕业生应该既掌握微电子方面的基本技术,又具有很强的实际操作能力。具体可从事岗位:集成电路版图设计;半导体器件制造;IC制造、测试、封装;电子工艺(半导体)设备运行、维护与管理;简单电子产品的设计与开发;电子产品的销售与售后服务,并为技术负责人、项目经理等后续提升岗位奠定良好基础。
二、构建基于工作过程的学习领域课程体系
对专业核心课程的构建采用“微电子行业专家确定典型工作任务—学校专家归并行动领域—微电子行业专家论证行动领域—学校专家开发学习领域—校企专家论证课程体系”的“五步工作机制”,实现校企专家共同参与课程体系设计。通过工作任务归并法,实现典型工作任务到行动领域转换,通过工作过程分析法,实现从行动领域到学习领域转换,通过工作任务还原法,实现从学习领域到学习情境转换的“三阶段分析法”,构建基于工作过程的微电子技术专业课程体系和教学内容,获得人才培养目标、课程体系、课程教学方案“三项主要成果”。即“533”课程设计方法。
1.确定行动领域。工作过程系统化课程是按照工作过程要求序化知识、能力和素质,是以工作过程为参照物,将陈述性知识与过程知识整合、理论知识与实践知识整合,在陈述性知识总量没有变化的情况下,增加经验以及策略方面的“过程性知识”3]。对典型工作任务进行归纳,确定行动领域。将本专业52个典型工作任务归纳为6个行动领域,即集成电路版图设计、晶圆制造、集成电路芯片制造技术、芯片封装、芯片测试、SMT技术。
2.确定典型工作任务。所谓典型工作任务是指一个复杂的职业活动中具有结构完整的工作过程,它是职业工作中同类工作任务的归类,能表现出职业工作的内容和形式,并具有该职业的典型意义。我院召集企业专家和工作在一线的工程师、技术员,与学院的微电子技术专业教师一起,召开课程开发座谈会,进行微电子技术课程体系开发:以“集成电路(版图)设计—晶圆制造—封装测试—表面贴装”工作过程为主线,与行业企业一线技术骨干、专家解析微电子技术专业岗位中版图设计师、半导体芯片制造工、IC测试助理工程师、SMT工程师、FPGA助理工程师等典型岗位,得出行动领域所具有的专业素质、知识与能力。
3.将行动领域转化成学习领域。对完成典型工作任务必须具备的基本职业能力(包括社会能力、方法能力、专业能力)进行分析。通过归纳形成专业职业能力一览表。这些职业能力就是学习领域(即课程)中学习目标制定的依据。打破原有16门专业理论课程和9门实践课程组成的课程体系,按照以工作过程为导向,进行课程的解构与重构,将6个行动领域转换为9个学习领域,即集成电路版图设计、集成电路芯片制造技术、微电子封装与测试、表面贴装工艺与实施、电子线路板实用技术、电子测量仪器使用与维护、语言、单片机应用技术、FPGA应用技术及实践。根据微电子技术专业岗位群的职业能力和工作过程要求,重新构建基于工作过程的课程体系。第一、二学期:电路分析、电子技术等基础课程;第三、四、五学期:集成电路制造技术、电子测量仪器使用与维护、FPGA应用开发实用技术、微电子封装与测试、SMT技术、集成电路版图设计等专业核心课程。
4.形成学习情境模式。学习情境是实施基于工作过程系统化的行动导向课程的教学设计,由教师根据学校教学计划,结合学校的教学设施条件、教师执教能力和专长,由教师按照“资讯、计划、决策、实施、检查、评估”的行动方式来组织教学,从而促进学生对职业实践的整体性把握4]。微电子技术专业核心课程形成的学习情境模式为:①集成电路版图设计课程以任务为载体形成6个学习情境:N/PM0S晶体管版图设计、反相器、与非门、或非门版图设计、触发器版图设计、电压取样电路版图设计、比较器版图设计、DC-DC版图设计;②集成电路芯片制造技术课程以设备为载体形成8个学习情境:集成电路芯片制造技术工艺流程、硅晶圆制程、硅晶薄膜制备、氧化工艺、掺杂技术、光刻工艺、刻蚀工艺、集成电路芯片品检;③微电子封装与测试课程以工艺为载体形成4个学习情境:DP封装、BGA封装、CSP封装、MCM封装;④表面贴装工艺与实施课程以工艺流程为载体形成5个学习情境:SMT工艺流程的基本认知、表面贴装生产准备、表面贴装设备操作与编程、表面贴装品质控制、SMT生产线运行及工艺优化5个学习情境;⑤电子线路板实用技术课程以项目为载体形成3个学习情境:单面板的制图与制板、简单双面板的制图与制板、复杂双面板的制图与制板;⑥电子测量仪器使用与维护课程以电路设备为载体形成9个学习情境:收音机元件准备、收音机电路测试、收音机电路工作状态检测、收音机整机调整、收音机装调使用仪器的保养与维护、电视机元件检测、电视机电路检测、电视机的质量检查、电视机装调使用仪器的保养与维护;⑦C语言课程以项目为载体形成6个学习情境:编程的基本概念、C语言上机步骤C语言上机步骤、算法的概念、基本数据类型、结构化程序设计、函数的概念;⑧单片机技术及应用课程以任务为载体形成6个学习情境““跑马灯”电路分析与实践、单片机做算术、逻辑运算并显示、开关信号状态读取与显示电路的制作、交通信号灯电路的设计与制作、产品数量统计电路的设计与制作、两台单片机数据互传;⑨FPGA应用技术及实践课程以项目为载体形成6个学习情境:课程概述、基于QualusII的原理图输入设计、宏功能模块应用、基于QuarusII软件的VHDL文本输入设计、VHDL设计、实用状态机设计。
三、试点实施效果分析
在教学实施上,重点是加强教师执教能力:教师在教学中的角色应由主宰者转化为引导者。教师应该主动地引导、疏导和指导学生,学生可以根据自己的兴趣爱好,在教师的指导下,充分利用各种资源,相互协作开展对某一问题的学习探讨,从而获得新知识,得到探索的体验及情感,促进能力全面发展。经过我院近3年的教学实践,课程教学效果得到显著提高,学生专业核心能力、岗位适应能力、社会能力显著提高,“双证书”提高到100%,专业对口率从原来的48%上升到92%,用人单位满意度达90%以上。
高职院校在办学过程中要形成特色鲜明的高职办学模式,课程体系是重要的载体。办学特色正是通过课
程体系的实施来实现的。基于工作过程系统化的课程体系,跟随产业的发展,调整专业的课程设置,符合职业岗位要求,学生技能显著提升,同时结合我院的办学特色,努力探索基于工作过程的高职微电子技术专业课程体系的构建思路和构建策略。
参考文献:
[1]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础〇].职教通讯,2006,(1).
[2]余国庆职业教育项目课程的几个关键问题ffl.中国职业技术教育,2007,(4).
[3]首珩,周虹基于工作过程的课程体系开发与实施m职教论坛,2008,(9).
[4]姜大源,吴全全当代德国职业教育主流教学思想研究[M].北京:清华大学出版社,2007.
关键词:现代;光纤通信;光电集成;路集成电路;设计分析
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)24-0042-02
Abstract: in today's society is the information of the rapidly developing society, all kinds of high and new technology emerges unceasingly, the communication system is particularly important, communication system and the integrated circuit has been inseparable. How to make use of integrated circuit technology to design high performance integrated circuit of the electronic information technology industry is an urgent need to solve the problem. This article will briefly introduced the optical fiber communication optoelectronic integrated circuit design and analysis process.
Key words: modern; optical fiber communication; photoelectric integration; road integrated circuit; design and analysis
随着国家的发展,社会的进步,人类的生活已经离不开通信方式了,各种各样的交流活动都是需要通讯的传递的。不管我们通过何种方式、何种途径,只要将我们想要传递的信息传递到另外一个地方,就是称为通信。古代所传递信息的方式方法也是多种多样的。但是它们相对来说特别落后,时间也会非常地久。而现代的通信方式中,电话通信是应用最广泛的一种。
1 什么是光纤通信
近几年来,随着技术的进步,电信管理体制的改革以及电信市场的全面开放,光纤通信的发展呈现了一番全新的景象。所谓光纤通信就是一种以光线为传媒的通信方式,利用广播实现信息的传送。光纤通讯就是以光导纤维作为信号传输介质的通讯系统。具有抗干扰性好,超高带宽等特点。
如今社会我们使用的光纤通信有许多的优点,例如,它可以传输频带宽、通信容量大;传输损耗低、中继距离长;线径细、重量轻,原料为石英,节省金属材料,这样一来,节约了许多资源和能源,有利于资源合理地开发和使用;绝缘、抗电磁干扰性能强;还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点,同时它也可以用在特殊环境或者军事行动中。
光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。
随着信息技术传输速度日益更新,光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中,光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用,大大提高了整个控制系统的反应速度,使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。
2 集成电路的实现
集成工艺技术也就是在最近的一二十年取得了飞速的发展。随着元器件尺寸大小的不断减小,集成电路的集成速度也在不断地提高。发展迅速的集成电路工艺技术为通信系统的发展奠定了坚实的基础。当下,利用光电集成电路实现的光的发射和接收装置已经被各个实验室所广泛使用。光电集成电路在单片上集成的光和电元件越来越多了,这就是光电集成电路速度越来越快的原因。
3 光纤通信现状
光纤通信技术的发展带动了光纤产业的进步。想要实现光发射与光电集成电路是非常容易的,但是想要实现高速系统的混合集成是非常困难的。由于毫米波信号是狭窄的,所以可以使用混合集成工艺来实现毫米波系统,我们可以这样来设计集成电路及其组成部分,使其波段上的输入和输出阻抗保持在大约50欧姆左右,即使用50欧姆的传输线来连接元器件和集成电路。此外,例如激光驱动、时钟恢复、数据判决、复接、光接收放大等各种类型的模拟、数字、混合集成电路依然可以轻松实现,这是因为电路也可以设计成输入输出是50欧姆的阻抗。想要利用混合方法实现高速光发射机与接收机的真正困难所在是激光二极管和光检测器的阻抗不是50欧姆。尤其是激光二极管,他的非线性无法进行混合集成的。没有合适的匹配网络将基带数据信号从激光二极管连接到驱动器或者从光检测器连接到前置放大器上,就会大大地降低了系统的操作性能。这样相比利用光发送和光接收的集成电路来实现是十分简便的。利用光集成电路实现光发射和接收不仅可靠性高而且成本低。但是用光电集成电路也是具有一定的挑战性的,制作光元件和电子电路所需要的材料是存在一定的差别的。现在制造高速光发射和接受光电集成电路在光传输系统中是十分必要的。这个设计工艺的难点在于要形成材料,即适合制造光电器件和电子电路所需要的制作材料,此外还要设计出光电集成电路。现实很残酷,大家仍需努力。
4 光电集成电路
光发射机光电集成电路一般是由同一底上的激光二极管和驱动电路构成的。集成电路其中包括了电子元器件结构的生长、激光、激光二极管、电阻器、晶体管等电子元件的制造,其中光电元件和金属化连接是比较困难的。在外延生长的衬底上,大概需要三个工序来集成光电集成电路,分别为制作激光二极管、制作电子电路、进行光电元件之间的连接。首先要制作激光二极管,激光二极管的P型区域欧姆接触层通过 蒸发形成金属状态,随后利用光刻法来生成激光二极管的大概区间,然后进行湿法刻蚀形成接触激光二极管的N区区间,最后在活性离子刻蚀体系中完成刻蚀过程,直到遇到AGAAS层后停止刻蚀过程。AGAAS层能隔离电子电路机构和激光结构,形成一种薄膜电阻,从而形成第一金属层和空气桥两个连接层。我们通常采用空气桥连接激光二极管的P区,采用第一金属层连接激光二极管的N区,这样就能很好地实现激光二极管和电子电路层的连接。这就实现了一个量子激光器的光电集成电路了。制作光电集成电路的芯片也是存在一定的难度的,目前端面反射激光镜的干腐蚀技术尚未成熟,只能用解离的方法来完成,所以说集成激光驱动器电路还有很大的空间有待开发。
光电集成电路分别是由光检测器、前置放大器以及主放大器构成的,这其中包括数据判决器、时钟恢复和分接电路。光检测器的集成是光电集成电路中最重要的一个部分,而金属-半导体-金属光检测器(MSM)因为只需要少步骤的追加工艺,和如名字一般较为实惠且广泛的材料在雪崩类型光电检测器和p-i-n被广泛运用的同时也被单片集成光接收机广泛的使用着。
在设计中第一级为基本放大单元,是共源放大电路且带有源负载,电阻的反馈由电压并联负反馈,电平位移级使用的是两级源级跟随器,它被接入到后面,与此同时,又需要引进一个肖特基二极管,这样就起到了一个降低反馈点的直流电平所特需的水平的作用,达到了这样一个效果后,在偏低压的条件下,电路同样可以正常工作。
5 主要工艺流程
第一步,我们要准备好充足的材料,对材料进行结构和参数方面的设计计算,并确定材料的外延生长,来确定集成方式及集成所需要的元器件。第二步,对PD台面进行腐蚀,首先腐蚀掉INP层露出HEMT的帽层,把MSM保留在芯片上,即通过把PD台面以外的PD层材料腐蚀掉来露出HEMT层。第三步就是进行器件的隔离工作,仍然使用台面腐蚀的办法将HEMT和PD元器件之间隔离起来,想要实现比较好的隔离效果就一定要准确的腐蚀到半绝缘衬底上。最后就是保护芯片的工作了,在芯片表面沉淀一层介质,这样不仅保护了芯片表面还成为了源漏的辅助剥离介质。
6 结束语
光纤通信技术作为通信产业中的支柱,是我们现如今社会中使用最多的通信方式。即使在现在的社会当中,光纤通信技术得到了十分稳定有效的发展,但是现在科技发展如此之快,越来越多的新技术涌现出来,我国的通信技术水平也得到了明显的改善与提高,光纤通信的使用范围和价值也在悄悄地扩张。但是光纤通信技术为了迎合网络时代,必须有更高层次的发展,才能占据市场的主流地位。我相信随着光通信技术更加深入地发展,光纤通信一定会对整个通信行业甚至社会的进步起到举足轻重的作用。
参考文献:
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[3] 汤乃云.“集成电路工艺原理”课程建设与教学改革探讨[J].中国电力教育,2012(29).
【关键词】竞赛;集成电路;教学改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing,China 100124
Abstract:Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea,right organize procedure,a steady preparation,corporation between university and company,teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student,can push Quality Education,can advance the ability of theory and practice,can improve the ability of resolve problem,can cultivate the spirit of creativity,can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords:competition;Integrated circuit;teaching reformation
集成电路在社会发展中扮演着非同寻常的角色,几乎渗透到了各行各业。随着全球经济一体化的发展,集成电路的制造与开发中心正逐步向我国转移。我们肩负重大的历史使命,是要把我国建设成为集成电路的生产大国进而成为集成电路强国[1]。因此培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京华大九天软件有限公司致力于开发自主产权的EDA软件,提供高端的SoC解决方案和一站式设计生产服务,为培养集成电路设计人才提供了很好的软件平台。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。对学生来说,竞赛为他们提供了一个开阔眼界、互相学习和交流的好机会,这是任何课堂教学都无法替代的;对指导老师来说,竞赛可以促进他们转变陈旧的教学理念,改进落后的课程体系,积极寻求新的教学模式,真正做到教学目标、教学内容和教学方法与时俱进,切实达到面向应用、面向市场、面向社会并最终为社会提供优秀专业人才的最高教学目标[2]。实践表明,开展大学生集成电路设计竞赛,对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义,同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起了一定的引导作用,极大的强化了学生绘制版图和电路设计能力。本人有幸带领学生参加了此次比赛,获得了一些启示。
1.立足现实,拓宽应用
本次大赛的活动宗旨是丰富微电子学专业学生的专业知识,培养学生理论联系实际、独立思考和操作能力,巩固和加深所学专业知识基础,推动京津地区高校微电子学专业的交流和发展,并对国产正版EDA软件的普及和应用起到积极推动作用。
2011年北京大学生集成电路设计大赛分成大学本科和研究生两个级别(本科生组33个组;研究生33个组),每组3人,进行笔试和上机操作。比赛相关规则:笔试阶段,采用闭卷形式,由各参赛队员独立完成,最终成绩计入小组总分;上机操作,以小组形式参加。
2.正确的指导思想
电子学会组织的此次大学生集成电路大赛立足高,紧密结合教学实际,着重基础、注重培养实践能力的原则为大赛成功举行树立了正确的指导思想。
“华大九天杯”集成电路大赛凝聚了各级领导、专家、学者和我校学科部领导、老师及每个参赛队员的心血与汗水。在比赛的前后,我们的指导思想是:参赛获奖不是最终目的,深人持久地开展教育教学改革,充分调动学生学习积极性,吸引更多的学生参加各类竞赛和科技活动,培养更多的优秀专业人才,才是我们的努力方向。集成电路大赛引来了众多企业,他们对参赛学生的青睐,对于与学校合作的重视,也正是我们学校所渴求的。在参赛中与同行各企业充分交流,学校与企业的紧密结合,才能更清楚市场对优秀毕业生的要求,进而能明确培养目标,并在平时的课程教学中加以渗透,在教学中不断改进;在参赛中与其他兄弟院校充分分享经验,不断学习别人的长处,分析参赛中暴露的共性问题,在教育教学中不断改进;在参赛中提高教师的指导水平和改进教育教学方法;在参赛中提高学生的综合素质,培养大批适应现代化建设需要的基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和实践能力的高级应用型人才,才是我们参加北京大学生集成电路设计竞赛的最终目的。
3.准备认真,重在过程
承办方北方工业大学周密的准备工作和热情的服务为大赛成功举行创造了良好的外部环境。北方工业大学和华大九天公司组织的集训为成功参赛奠定了扎实的基础。
在学科部领导和各位老师的努力下,在实验室老师的大力协助下,在华大九天公司培训人员的大力支持下,我们组织了两个阶段的集中培训,并在培训的基础上进行了有针对性的辅导练习,并在参赛前举行了预赛。这些环节对学生和老师起到了很好的引导和督促作用,保证了良好的训练环境,营造了积极向上的参赛氛围。
在电子竞赛的准备过程中,适逢暑假,假期长,学生们可以充分利用暑假时间认真复习电子器件、数字电子电路、集成电路分析与设计等课程的理论知识。同时,学生们还学习华大EDA软件,进行实际电路和版图绘制上机练习,培养了理论联系实践的学风。通过竞赛准备,学生需要综合运用所学知识,解决竞赛中遇到的各种问题,提高了运用理论知识解决实际问题的能力。通过竞赛准备,磨合了小组间的默契配合和分工,增进了师生情谊,提高了团队作战能力。通过竞赛准备,找出了自己在知识上的不足,明确了社会的需要、工作岗位的需要和工作性质,树立了新的奋斗目标,产生了学习新的动力。
4.参赛对嵌入式系统和集成电路设计教学改革的启示
北京大学生集成电路设计竞赛对于培养学生参加实践的积极性、理论联系实际的学风和团队意识有着重要作用,竞赛给学生提供了一个施展才华、发挥创新能力的机会和平台。并对高校集成电路设计课程的教学内容和电子科学与技术的课程体系改革和学生今后工作起到一定的引导作用。
4.1 知识整合的系统教学思想
自从1958年基尔比发明集成电路以后,集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展。面对集成电路如此迅猛的发展形势,教学工作也要与时俱进,不断改革创新。我承担《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程,深深体会到微电子专业的学生学习嵌入式系统与其他专业有所区别,因为芯片的设计方向日益朝着片上系统SOC、片上可编程系统SOPC的方向发展[3]。学生不仅需要有系统的概念[4],同时需要对典型处理器体系结构有清晰的理解,在设计SOC芯片时才会有系统的设计思想[5],又会对处理器内部体系架构有清晰的概念。因此,在对微电子专业的学生讲授嵌入式系统时,要紧密结合集成电路设计的要求,结合集成电路分析与设计、数字电子、模拟电子、电子器件等课程的内容,使学生不仅对处理器结构体系清楚,更熟悉各模块电路,如ALU单元电路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM单元等等。在处理器的,培养学生系统的概念,掌握外部单元电路,如存储器单元电路、系统总线单元、SPI、IIC、UART等等接口电路,从使用者的期望角度出发,来进行芯片的设计,既是使用者,又是设计者。学生在学习集成电路设计的课程时,紧密结合嵌入式系统中的系统体系结构、结合处理器内部的体系结构,具有整体的大的系统性设计概念,整合学生对各个课程的分离的知识内容,培养综合运用所学知识解决系统问题。通过增加实验和上机课时,提高学生将理论与实践紧密结合,培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。
4.2 改革传统的教学模式
我国的大学课堂教学模式长期以来被德国教育家赫尔巴特的“四段论”与前苏联教育家凯洛夫的“五环节”所主宰,在新的教育环境和教育目标下,他们所倡导的课堂教学结构和施教程序越来越明显地暴露出它的弊端,最突出的是“以教代学”的陈腐教学思想和“注入式”、“满堂灌”的落后教学方法.这种“以教师为中心,以教材为中心”的课堂教学,决定了学生在整个教学过程中所处的被动地位,很大程度地禁锢了学生的创造性思维,对学生自学能力、实践能力和创新能力的培养构成了严重的障碍[2]。
现代教育理论指出:指导学生从实践和探索中通过思考获取知识,又在解决问题的探索活动中,运用已获得的知识和技能是培养智能的最好途径。
本次竞赛上午闭卷完成理论知识的考试。本科生的上机操作内容是根据提供的状态图设计一个计数器电路,然后进行原理图的绘制,再次进行版图绘制,进而进行DRC、LVS等环节验证,并撰写设计报告。学生需要利用数字电路中所学的状态表,构造出逻辑关系式,运用卡诺图化简得到最简电路,最后再绘制单元电路,设计出具体的CMOS电路和版图,并进行验证。同时还需要构造出计数器所需的时钟电路。在上机的开始一个半小时中,指导老师可以参与指导,这样增加了比赛中老师对学生的限时指导内容,更有利于学生的竞赛,符合培养人才的现论要求。
学生基本上完成了从需求分析、电路设计、绘制电路、(仿真)、版图绘制、验证到撰写报告等环节。通过竞赛,使学生能亲自感受一个简单的集成电路设计流程,培养了学生的系统设计概念。学生从早晨9点一直进行到下午六点,在短短的一天内要完成笔试和7个小时的上机电路绘制和验证等工作,小组成员只有密切配合,充分发挥各自的优势,保持坚韧不拔的精神,才能取得最终的胜利。这种方式非常有利于培养学生的合作精神和团队精神,锻炼了学生的毅力和体力。
施教之功,贵在引导。可以看出,竞赛在很大程度上符合现代教育理论的要求,符合学生的认知规律。以学生为主体、教师为主导的教学模式正是以传授知识为前提,以形成技能为基点,以培养智能为重心,以全面发展人才为归宿。在《嵌入式系统》和《集成电路分析与设计》课程教学中,增大课程的实验内容,学生带着问题,进行学习,进行思考、小组讨论,经老师点拨,实现了运用所学理论解决实际问题的过程,既培养了学生的综合能力,又完成了教学任务,符合现代教育论的要求。
施教之旨,在于培养学习方法和思维方式,培养获取新知及再创造之本领。将学生分成小组,布置某一命题,发挥学生的主动性,引导他们查阅资料,分析归纳总结,并在课堂中进行报告或实验演示。学生反映效果很好,获取了知识,又培养了学生自学能力和主动获取知识的方法。
5.引导学生参与科研,撰写学术论文
通过大赛引导大学生形成一股扎扎实实的学习和研究的风气。激发学生在专业领域的学习兴趣,参与到老师平时的科研中,增加动手实践的机会。并在科研中进一步培养学生的研究兴趣,形成良性循环。对于取得的研究成果,可以引导学生撰写论文,并能在广大同学中起到表率作用。
6.结束语
培养二十一世纪集成电路设计人才是我们教师面临的历史任务。北京市2011首届“华大九天杯”大学生集成电路大赛以充分调动各方面的参与积极性。正确的指导思想、科学的组织程序、踏实认真的准备工作以及大赛对校企合作、对教学改革将产生重要的影响。实践表明,开展大学生集成电路设计竞赛,对于推进我国集成电路人才培养、推进素质教育、理论实践结合能力、解决问题的能力、培养学生创新精神、团队协作能力和培养学生的集体荣誉感等方面具有重要意义,同时也对高校的集成电路设计课程和实践教学改革起一定的引导作用,极大的强化了学生绘制版图、电路设计能力和集成电路设计思想。
参考文献
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[4]Lei Jing,Zixue Cheng,Junbo Wang.A Spiral Step-by-Step Educational Method for Cultivating Competent Embedded System Engineers to Meet Industry Demands[J].IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION,1-10.
[5]Xiumin Shi,Ji Zhang,Yanbing Ju.Research and Practice in Undergraduate Embedded System Course[C].The 9th International Conference for Young Computer Scientists,
2569-2663.
致谢:竞赛工作是由国家自然基金赞助(No.60976028);北京工业大学博士基金赞助(No.X0002014201101,No.X0002012200802 and No.X00020