基于“无生产线集成电路设计”理念的微电子专业实验室建设探讨——以南京邮电大学中央与地方共建微电子实验室的建设为例

郭宇锋沈虹

1、南京邮电大学电子科学与工程学院 210031;2、南京邮电大学传媒与艺术学院 210031

基于“无生产线集成电路设计”理念的微电子专业实验室建设探讨
——以南京邮电大学中央与地方共建微电子实验室的建设为例

郭宇锋1沈虹2

1、南京邮电大学电子科学与工程学院 210031;2、南京邮电大学传媒与艺术学院 210031

“无生产线集成电路设计”是集成电路技术的发展趋势，我们把该理念引入到微电子专业实验室的建设中，采用平台＋模块的实验体系，以“教学为主、兼顾科研、服务社会”为宗旨，建成了一个可适应不同实验要求、培养不同实验技能、规模效益好、可持续发展的开放性实验室，并取得较显著成效，该模式对于普通高校的专业实验室建设具有指导意义。

无生产线集成电路设计；微电子；实验室建设

随着集成电路技术的迅速发展，“无生产线集成电路设计”已成为当前世界集成电路产业发展的主流趋势[1]。这种模式不但使众多的集成电路设计公司摆脱了成本高昂的芯片制造压力，专注于开发性能更优、功能更强、更加符合市场需求的集成电路，同时也对集成电路人才的培养模式产生了重大影响[2]。

在2008年中央与地方共建实验室专项基金的支持下，南京邮电大学筹建了“微电子专业实验室”。在实验室建设中，我们引入了“无生产线集成电路设计”的先进理念，构建集成电路设计和集成电路测试的实验平台，其目的是使学生完成集成电路的系统设计、电路设计、版图设计、虚拟制造和性能测试等完整IC设计流程的实验项目训练。切实提高学生的动手能力和实践能力，增强就业竞争力。实践证明这一模式取得了良好的效果。

1、建设思路

1.1 切合微电子产业的发展潮流，坚持“无生产线集成电路设计”的先进理念。

无生产线集成电路设计理念已深入到微电子产业发展中，我们将此理念引入到实验室建设中来，以形成鲜明的建设特色。这是因为集成电路的生产技术需要大量昂贵的设备和苛刻的超净环境，除了个别985高校，很多普通高校无力承担建设实验生产线所需的高额资金，因此对集成电路制造人才的培养成为普通高校的软肋。为此，我们通过和国际主流的EDA软件公司合作，把最先进的“虚拟制造”技术引入到实验室建设中来[3]，使学生仅仅通过一台计算机，就可以完成整个集成电路的设计、制造和测试等能力的培训。

1.2 吸取专业实验室建设的先进经验，建立平台＋模块的实验体系，增强灵活性和可扩展性。

“微电子专业实验室”建设方案包含“两个平台”，分别完成集成电路设计和集成电路测试两大类实验，实验平台内部装置实现模块化，既是一个整体，各模块又具有相对独立的功能。这些模块可以独立承担实验，也可通过相应的软、硬件接口，实现模块间和平台间的数据传输，从而将不同平台间的模块进行组合扩展，形成更大规模更复杂的实验装置，为学生进行设计性实验和研究性实验提供了一个良好的平台，也为教师和学生探索新的实验方法，开发新的实验创造了条件。

1.3 以“教学为主、兼顾科研、服务社会”为宗旨，使实验室利用效率最大化。

“微电子专业实验室”做到不仅对学生，而且对全校的教师、科研人员也进行全面开放。除了满足日常实验教学之外，教师可以在使用本实验室的资源和平台，进行创新性科学研究工作，特别是通信集成电路和通信片上系统的设计、研发和测试。此外，还通过校校合作、校企合作、加入江苏省大型仪器设备共享服务平台等形式，面向社会开放，为社会服务。通过以上方式，本实验室可以做到教学、科研、服务社会三者有机结合，充分发挥了实验室资源，特别是中高端设备的利用效率，增加实验室创收，促进实验室可持续发展。

1.4 以提高大学生综合创新能力为导向，为开展综合性和研究性探索性实验提供平台。

在本科和研究生教学中积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力，已成为高等教育界的共识[5]。为此，在实验室建设中，我们摒弃以验证性实验为主的传统模式，将如何为开展综合性、研究性和探索性实验服务贯彻到实验室建设全程，使实验室真正成为开展研究性教学、培养和提高学生创新能力的重要阵地。以适应不同实验要求、满足不同层次需求、培养不同实验技能，最终把实验室建设成为实验内容先进、实验设备完善、实验管理科学、规模效益好、可持续发展的开放性实验室。

2、建设内容

2.1 实验平台建设

2.1.1 集成电路设计实验平台

该平台针对微电子技术专业对集成电路设计的教学要求，同时兼顾培养电路与系统和集成电路工程等专业的硕士和博士研究生的高层次教学要求，通过参与世界知名EDA软件公司的大学计划，以较低廉的价格购置业界主流的集成电路设计软件，构建四个实验平台。其分别是：1) 专用集成电路前端设计模块，基于该模块可以进行数字集成电路、模拟集成电路和片上系统SoC前端设计的教学和科研。2)专用集成电路后端设计模块。基于该模块可以进行数字和模拟集成电路的版图设计、版图检查、版图验证、寄生参数提取和后模拟等实验和研究。3)微波与射频集成电路设计模拟，基于该模块可以从事微波集成电路设计、射频集成电路设计、射频有源器件建模、射频无源器件建模等的教学和科研。4)集成电路虚拟制造模块。基于该模块可以进行微电子器件、纳电子器件和光电子器件的结构设计、性能仿真、工艺设计、参数优化和虚拟制造的教学和科研。

2.1.2 集成电路测试实验平台

该平台针对于微电子技术专业关于器件物理类、集成电路工艺类和集成电路测试类课程的教学要求，同时兼顾科研和资源共享的需要，也进行四个模块建设。1)半导体材料测试模块，该模块可进行半导体材料的导电类型、电阻率、电导率和少子寿命测试等实验和研究。2)半导体器件测试模块。该模块进行二极管、NPN、PNP、MIS和MOS晶体管的特性测试和参数提取的实验和研究。3)IC在晶圆测试模块。基于该模块，可进行集成电路和半导体器件性能的在晶圆测试的实验和研究。4)版图分析与电路提取模块，基于该平台可进行集成电路的版图分析、图形测量和电路提取实验和研究。

2.2 人才建设

建设一支结构合理，能熟练掌握科研实验以及进行教学管理的高水平师资队伍，是搞好实验室建设，提高实验教学质量和人才培养质量的需要。为此，我们采取了四种方式进行实验室人才建设。1)外聘。通过对外招聘的形式，从国内重点高校引进优秀的博士和硕士毕业生，充实到实验室建设中。2)内引。通过在校内招聘的方式，从校内其它岗位上引进优秀的青年教师，来担任实验室的管理和教学工作。3)选留。通过选留品学兼优的本校本专业的研究生，来扩充实验室师资。4)培训。通过对现有教师进行培训，鼓励和引导教师攻读博士或硕士研究生，来提高实验室老师的整体素质。

通过以上多种方式，不断改善实实验教学人员的知识结构，提高实验教学人员的学历层次。现已形成了由学术带头人、学术骨干或高水平教授牵头、主持和参与实验指导和新实验项目开发的实验教学模式，在实验室的日常运行中发挥了积极作用。

2.3 基础设施建设

在实验场地建设中，我们充分贯彻“平台＋模块”的实验室建设思路，坚持实现同属一个模块的仪器设备同位放置、关联度高的模块相邻放置、教学实验用的低端仪器和科研共享用的中高端仪器分离放置的原则，对实验室空间进行了科学划分和有效利用。以达到方便管理、科学利用、提高效率和减少仪器损耗的目的。同时，建立了微电子专业实验室网站，在网站上我们每天更新实验室的设备利用情况及实验室开放情况，从而有利于同学们进行选课，也有利于兄弟院系利用我们的条件开展教学活动和科学研究，充分发挥实验室的潜力。

3、建设成效

3.1 为培养高素质微电子人才建立了综合性实践性教学环境。

积极探索实验教学改革的思路，按学科基础建设实验室，改进实验教学方法，适应微电子技术的不断发展，建立起符合新世纪教育改革理念的、覆盖微电子器件设计、IC设计、工艺设计等各领域的微电子专业实验和实践性教学环境，为培养宽基础、高素质、有创新精神和实践能力的高水平人才提供必要的条件，成为创新人才培养体系的重要组成部分。

3.2 为相关专业学生提供了实验教学、课程设计和毕业设计的开放性实验、仿真和测试平台，成为校学生科技创新活动与实践活动的重要基地。

“微电子专业实验室”建成后，每学年承担了“电子科学与技术”、“微电子技术”两个本科专业和“电路与系统”、“集成电路工程”两个硕士点的实验教学任务，为两个专业200多名学生的课程设计和毕业设计（论文）提供实验、仿真和测试平台，同时还面向学院四个专业的学生和全校相关专业，如通信、纳米电子器件专业的学生提供每学年不少于24000人时数的开放时间，成为了学生课外科技活动与创新实践活动的重要基地，形成了我校微电子技术的实验课程体系，为我校学生参加江苏省和全国电子设计大赛提供平台。

3.3 针对研究生开设高层次创新性实验，为提高硕士研究生的培养质量提供了保障。

微电子专业实验室具体承担了电路与系统和集成电路工程两个硕士点的实验教学任务。通过开展针对研究生的课程与实验，培养本专业的高层次人才，设计高层次、综合性、创新性实验，直接为本校电路与系统超大规模集成电路设计方向和集成电路工程硕士研究生提供创新实验平台，也有助于本专业学科建设的加强，为今后向更高、更好、更专业的方向发展，并进一步为博士点的建设打下良好基础。

3.4 通过资源共享，校校合作和校企合作，对外提供测试、设计和培训服务，促进了实验室建设的良性循环

所有实验室的实验设备及实验项目均在校园网上公布，可供校内外用户预约。经实验室审批同意后，可进行实验，或从事科学研究、产品研发和人员培训等工作。通过多种渠道，加强学校与企业、科研院所的合作，逐步加大与仙林大学城各高等学校的资源共享，建立一套校内外共享机制，从而提高实验室设备的利用效率，并能产生经济效益和社会效益，促进实验室建设的良性循环。

4、结束语

南京邮电大学微电子专业实验室是在借鉴国内外高校相关实验室建设的成功经验的基础上建设的一个以集成电路设计和集成电路测试为主要内容的综合实验室。在实验室建设中，我们基于“无生产线集成电路设计”的先进理念，构建高灵活性和高扩展性的“平台＋模块”的实验体系，以“教学为主、兼顾科研、服务社会”为宗旨，以开设综合性、系统性、和研究探索性实验为建设目标，形成了适应不同实验要求、满足不同层次需求、培养不同实验技能、实验内容先进、规模效益好、可持续发展的开放性实验室建设模式，该模式对于普通高校的专业实验室建设具有一定指导意义。

[1]李智群.射频超高斯与光电集成电路无生产线设计[C].中国通信集成电路技术与应用研讨会文集.2006

[2]王志功.关于国家设立“集成电路设计人才培养专项基金”开展“中国芯片工程”的建议[J].电气电子教学学报.2000，2：4-9

[3]http://www.synopsys.com.cn/productsand-solutions/intellectual-property

[4]李学红，王建波，李冬玲等.大学实验室建设的原则[J].实验室研究与探索.2008, 27(8): 136-137

[5]黄海，王勋，有详君.以科技创新活动提升大学生工程素质[J].电子科技大学学报（社科版）.2007，9（4）：43-45

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.116

郭宇锋（1974-）男，汉族，河南洛阳人，博士，副教授，南京邮电大学电子科学与工程学院院长助理、微电子技术系主任。从事集成电路设计的研究与教学工作。

沈虹（1975-），女，汉族，四川乐山人，南京邮电大学传媒与艺术学院，助理研究员。