集成電路設計與集成系統專業課程體系研究與實踐

摘要：本文以作者近四年的辦學經驗和教學實踐對集成電路設計與集成系統專業課程體系的制定與實踐進行了探討。首先分析了我國集成電路設計產業的發展狀況和人才需求狀況，然后在此基礎上根據該專業的特點結合實際情況制定了該專業的課程體系，對該專業的發展和我國集成電路產業的發展有非常重要的意義。

關鍵詞：IC設計；集成系統；課程體系；CDIO

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

1引言

目前我國集成電路(IC)產業已初步形成了設計業、芯片制造業、封裝和測試業四業并舉、比較協調的發展格局，出現了長江三角洲(上海、無錫、杭州)、京津地區和珠江三角洲(深圳、珠海、廣州)三個相對集中的產業區，建立了多個國家集成電路產業化基地[1]。制造業的技術工藝已進入國際主流領域，設計和封裝技術接近國際水平。與之不協調的是我國集成電路人才缺口巨大，據報道到2008年中國IC產業對IC設計工程師的需求量將達到25萬人。國家對IC產業高度重視，《中共中央國務院關于加強技術創新發展高科技實現產業化的決定》中將IC產業放在了電子信息產業的第一位[2]。在此背景下，教育部于2001年開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業，以適應國內對集成電路設計與應用人才的迫切需求[3]。

從《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》(國發[2000]18號)到《教育部、科技部關于批準有關高等學校建設國家集成電路人才培養基地的通知》(教高〔2003〕2號)，足以看到集成電路設計與集成系統專業是我國目前急需發展和完善的專業。要想辦好該專業首先應對該專業建立一個科學的課程體系，該專業的新概念、新技術、新方法不斷涌現，因此研究和制定適合本專業的理論與實踐發展的課程體系是十分重要的。

2我國IC設計與集成系統專業人才現狀

2.1IC設計與集成系統專業人才需求

IC設計與集成系統專業人才的現狀是：人才總量嚴重不足，設計人才供需矛盾尤為突出。人才層次結構不合理；人才地區分布不平衡；人才流向與地區經濟發展關系明顯。國家教育部、科技部共同于2003年7月確定了9個國家級集成電路人才培養基地的宏偉計劃。在這之后，又增加了7所大學作為人才培養基地。旨在加快集成電路產業發展的步伐，大力培養集成電路設計人才滿足社會對集成電路設計人才的需求。

2.2IC設計與集成系統專業人才培養現狀

根據國家教育部網上公布的信息，到目前為止具有集成電路設計與集成系統本科專業的高校有：2001批準的有電子科技大學；2003批準的有西安電子科技大學， 南通大學，杭州電子科技大學；2004批準的有山東大學，華南理工大學，黑龍江大學，哈爾濱理工大學；2005批準的有青島科技大學，西安郵電學院；2006批準的有天津理工大學；2007批準的有北京大學，大連理工大學。其他院校也積極申辦該專業。由于該專業是新興專業，至今還沒有科學完善統一的專業規范，這對該專業的發展影響頗大。

3 IC 設計與集成系統專業特點

集成電路設計與集成系統專業與其他專業相比有如下突出的特點：門檻高、內容新、發展快、屬于交叉學科、與產業聯系緊密、高投入、與世界同步、畢業生就業服務的范圍具有國際性。

本專業是新興專業，從宏觀角度國際上該專業還沒有像其他專業(例如計算機)形成完整的知識體系；其次，我國由于是在近幾年興辦該專業，還沒有專業的人才培養規范，我國各大學專業的教學計劃是從國外或者相關專業延伸來的，系統性、完備性差；第三，由于該專業是新興且又是不斷變化的學科專業，所面臨的主要挑戰是識別和規范該學科的基本內容，因此，“知識結構框架”、“課程體系”的規范顯得尤為重要；第四，該專業屬于交叉學科專業，其內涵并不像其他專業那樣清晰和單一，人才培養涉及知識很廣，包括微電子學、計算機、軟件工程、通訊、控制、管理等多學科專業；第五，該專業實踐性很強，對學生的

運用知識解決問題的能力、總結實踐經驗發現新知識的能力、團隊工作的能力、與人溝通和交流的能力以及創新的能力有很高的要求。

4IC設計與集成系統專業結構體系實踐

4.1IC設計與集成系統專業人才培養戰略

結合高校自身在教學資源上的優勢和我國IC設計產業發展的實際情況，以市場需求為導向，緊跟IC技術的發展。引入CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)教育理念，結合高校自身的實際情況加強校企合作。培養具有創新能力和國際競爭力的、適應企業需求的國際化、實用化、個性化的高素質、高水平人才為宗旨。

4.2IC設計與集成系統專業人才培養目標

對應用型本科院校而言，應充分考慮行業和區域經濟對人才的需求，適時地根據區域經濟和行業發展調整專業方向，以便更好地服務于行業和區域經濟[4]。加強校企合作，突出“多類型、工程型、實用型，具有國際競爭力”的人才培養目標。

培養學生具有良好的科學素養和文化修養，較完整地掌握集成電路技術的基礎知識，使學生了解和掌握IC設計、綜合、驗證、測試、應用的整個流程；既掌握集成電路設計技術又懂得集成系統技術；既有扎實的理論基礎，又有較強的應用能力；既了解集成電路應用、生產知識又精通集成電路產業的管理；既可以承擔實際系統的開發，又可進行科學研究。使學生畢業時應獲得以下幾方面的知識與能力：

(1) 具有扎實的數理基礎和寬闊的科學視野；

(2) 具備獨立的科學研究和應用開發能力，同時具有運用知識解決問題的能力、總結實踐經驗發現新知識的能力、團隊工作的能力、較強的協調、組織能力；

(3) 具有良好的與人溝通和交流的能力，能掌握文獻檢索、資料查詢和撰寫科學論文的能力以及口語交際能力；

(4) 具有較好的人文社科知識、人文素質和自然科學基本理論知識，對全球社會、工程科學和技術影響的理解力以及對自己所處領域中問題的敏感性，了解信息學科的發展動態；

(5) 掌握電子電路和大規模集成電路系統的設計技能，能從事先進大規模集成電路、集成電子系統等方面的設計以及新產品、新技術和新工藝的研究、應用開發和管理。

4.3IC設計與集成系統專業課程體系制定的指導思想

首先，跟蹤、收集該專業和相關專業的知識領域，強調本專業的知識的總結、梳理、推演和挖掘，借鑒ACM和IEEE/CS[5]做法，采用科學的方法，以國外學術界的研

究成果和IC設計工業界的良性建議為基礎，選擇適當的知識載體，構造IC設計與集成系統恰當的教育知識結構框架，以求更好地向學生傳授本學科專業的基本的問題求解方法。

其次借鑒CDIO的理念，大大加強工程實踐環節，切實通過基于項目的學習培養學生獲取知識的能力、運用知識解決問題的能力、總結實踐經驗發現新知識的能力、團隊工作的能力、與人溝通和交流的能力以及創新的能力，培養學生的專業素質、職業道德和社會責任心。進而培養出符合學科專業和社會發展需要的優秀IC設計人才。

4.4IC設計與集成系統專業課程體系制定

我校(哈爾濱理工大學)從成功申辦集成電路設計與集成系統專業以來，與美國西北理工大學(NPU)合作辦學借鑒經驗；同臺灣中華大學進行了實質性合作交流與探討；與著名的IC設計軟件供應商Synopsys、Cadence以及Mentor Graphics等進行合作交流。另外，我們還走訪了上海交通大學等相關院校專業；參觀拜訪了一些集成電路生產制造企業，與企業交流了解企業對集成電路人才的具體要求。結合我校實際情況提出了制定IC設計與集成系統專業課程體系的基本策略，基本策略包括：

(1) 保證政治理論課與軍訓的學分和學時要求。在新的教學計劃中毛澤東思想、鄧小平理論、馬克思主義哲學原理、馬克思主義政治經濟學、軍事理論、軍訓等課程均未作調整。

(2) 壓縮公共基礎課，取消與集成電路設計方向關系不大的基礎課程。取消計算機文化基礎課程；由于部分專業課程采用雙語教學，因此取消了專業外語。

(3) 專業方向課和專業任選課以市場為導向設置。為了培養符合市場需要的IC設計人才，專業方向課的設置以IC設計主流方向為導向，任選課的設置以目前流行的先進的設計方法、設計工具為主，以適應市場的需要。

(4) 加強實踐教學環節，引入CDIO教育理念。增加了課程實驗、課程設計、畢業設計等教學環節的學時，提高學生的實踐能力。同時加大校企合作力度，采用“定制式”培養模式，將畢業生安排IC設計公司針對實際項目進行畢業設計。

(5) 動態的教學計劃。由于集成電路設計與集成系統專業是一個飛速發展的學科，市場需求是不斷變化的，應隨時調整教學計劃中的專業平臺課以后的教學內容。

按照以上基本策略制定了IC設計與集成系統專業的課程體系。

IC設計與集成系統專業教學計劃，拓撲圖見下圖。

其中主干課程包括：信號與系統、片上計算機系統、數字信號處理、半導體集成電路、數字IC設計、模擬IC設計、EDA技術與VERILOG、ASIC設計、SoC軟硬件協同設計、集成電路邏輯綜合技術、集成電路設計驗證技術、版圖設計、集成電路測試與可測性、布局與繞線等。

2009年我校集成電路設計與集成系統專業的第一屆畢業將步入社會，按照“定制式”培養方式，目前已有多家企業與我校達成協議。這些企業對我校該屆畢業生所具備知識水平和專業能力高度認可。

5結束語

百年大計，教育為本。發展我國集成電路設計產業，培養集成電路設計與集成系統專業的專業人才是重中之重。培養該專業的優秀的專業人才離不開一個科學的課程體系。本文結合近四年的教學、管理經驗對該專業課程體系進行了探討，對該專業的知識結構和課程體系的進一步研究與實踐具有重要指導意義。

參考文獻

[1] 楊媛，余寧梅，高勇. 半導體集成電路課程改革的探索與思考[J]. 中國科教創新導刊，2008，(3):78-79.

[2] 孫玲. 關于培養集成電路專業應用型人才的思考[J]. 中國集成電路，2007，(04).

[3] 方卓紅，曲英杰. 關于集成電路設計與集成系統本科專業課程體系的研究[J]. 科技信息，2007，(27):9-10.

[4] 陳小虎，劉化君，朱曉春等. 電氣信息與電子信息類應用型人才培養體系的創新與實踐[J]. 中國大學教學，2006，(04).

[5] The Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE-CS) and the Association for Computing Machinery (ACM).Computing Curricula Final Draft-December 15，2001.

Research and Practice on the Course System of IC Design and Integration System

Abstract: Based on the author’s nearly four years experience in running schools and teaching practice， research and pratice on the course system ofIC design and integration system were discussed. Firstly， the development of China's IC design industry and the requirement of human resources in this area were analysed. On this basis， in accordance with the characteristics of the professional and the actual situation， the course system were established. This paper has a very important significance on the development of this professional and China's IC industry.

Keywords: IC design， integration system， course system， CDIO