基于片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論的項(xiàng)目化教學(xué)探討

賀利軍　周前能　楊虹

摘 要 本文針對(duì)《片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課程的理論教學(xué)中出現(xiàn)的問題，根據(jù)社會(huì)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求，結(jié)合該門課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃，對(duì)該門課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)探討。

關(guān)鍵詞 片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)論 集成電路設(shè)計(jì) 項(xiàng)目化教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2015）17-0010-02

隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模可以達(dá)上億個(gè)晶體管，已經(jīng)發(fā)展到片上系統(tǒng)SoC（System on Chip）。現(xiàn)代片上系統(tǒng)（SoC）是利用IP核（Intellectual Property Core）復(fù)用和深亞微米技術(shù)，采用軟件和硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法，在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。它廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機(jī)和其他消費(fèi)電子，其應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 2013年集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)

圖2 2008-2014年集成電路行業(yè)的產(chǎn)值

2008年以來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從2107億元增長到2915億元。2014年，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)集成電路1015.5億塊，同比增長12.4%，增幅高于上年7.1個(gè)百分點(diǎn)；集成電路行業(yè)銷售產(chǎn)值同比增長8.7%，增幅高于上年0.1個(gè)百分點(diǎn)。集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如圖2所示。

近年來，半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策支持下發(fā)展迅速，因此對(duì)人才的需求在不斷增加。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)報(bào)道，2010年以來，中國IC產(chǎn)業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的需求將達(dá)到30萬人以上，并且逐年增加，但目前國內(nèi)實(shí)際人才數(shù)量相較于需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高校是人才培養(yǎng)的搖籃，但高校大多數(shù)教授基礎(chǔ)概念，并了解基本的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)的要求。

針對(duì)這一現(xiàn)象，《片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課程將結(jié)合《固體物理》《半導(dǎo)體物理》《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》《模擬集成電路設(shè)計(jì)》《VHDL語言》等多門課程，以項(xiàng)目化教學(xué)的形式進(jìn)行教學(xué)，并且對(duì)其進(jìn)行探討。

一、采用項(xiàng)目化教學(xué)改善學(xué)生只會(huì)理論、不會(huì)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

（1）解決SoC設(shè)計(jì)與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系，教學(xué)內(nèi)容主要涉獵到相類似的部分，通過將一個(gè)大項(xiàng)目分解成幾個(gè)小項(xiàng)目，通過逐漸加大項(xiàng)目的難度，使學(xué)生在項(xiàng)目中逐漸加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合，形成完整的SoC設(shè)計(jì)概念。例如通過對(duì)矩陣加法器的項(xiàng)目分解如下幾個(gè)小項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)，具體項(xiàng)目如圖3所示。通過這些項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程完整地訓(xùn)練，既培養(yǎng)了較強(qiáng)的SoC設(shè)計(jì)能力，還提升了學(xué)生的擇業(yè)面。

圖3 項(xiàng)目流程圖

（2）項(xiàng)目中會(huì)先有示例，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)分解的小項(xiàng)目做設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，而且解決了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)的問題，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

二、 通過PDCA戴明環(huán)的方式改善設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不能用的問題

（1）在SoC設(shè)計(jì)的過程中，通過跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計(jì)中反應(yīng)的問題，對(duì)項(xiàng)目難易度的進(jìn)行調(diào)整，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，逐步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作等能力。

（2）結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在基礎(chǔ)層上讓學(xué)生邊學(xué)邊做，在單個(gè)簡(jiǎn)單的模塊中進(jìn)行訓(xùn)練，最后實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的項(xiàng)目要求的功能，達(dá)到SoC設(shè)計(jì)能力的提高。

通過PDCA戴明環(huán)的方式來持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行合理和高效的修改。PDCA戴明環(huán)如圖4所示。

圖4 PDCA循環(huán)

三、小結(jié)

教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整的項(xiàng)目，其中包括需求、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等部分。學(xué)生不僅掌握了基本概念，也提高了設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，更提升了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。《片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)導(dǎo)論》課程項(xiàng)目化教學(xué)改變了傳統(tǒng)的理論課教學(xué)方式，以目標(biāo)為導(dǎo)向，以設(shè)計(jì)作為考核標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性和協(xié)作能力，使學(xué)生理論與實(shí)踐齊頭并進(jìn)，縮短了與集成電路設(shè)計(jì)人才的距離。

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（責(zé)任編輯 曾 卉）