集成电路设计大赛推进版图设计课程改革

北京工业大学电子信息与控制工程学院 胡小玲 刘 榿 袁 颖

天津市正方科技发展有限公司 韩 霞

集成电路设计大赛推进版图设计课程改革

北京工业大学电子信息与控制工程学院 胡小玲 刘 榿 袁 颖

天津市正方科技发展有限公司 韩 霞

集成电路版图设计是衔接集成电路设计与制造的关键环节，在电子科学与技术专业的学习与职业能力培养中起到重要作用。“大学生集成电路设计大赛”为集成电路设计相关课程的改革提供了强有力的推动作用。本文结合参加的几届“大赛”，及时调整集成电路版图设计实践课程教学内容，并进一步完善实践教学平台的建设。

集成电路设计大赛；版图设计；改革

0 引言

2014年6月，国务院公布《国家集成电路产业发展推进纲要》，提出到2015年集成电路产业销售收入超过3500亿元的目标，到2030年集成电路产业链主要环节达到国际先进水平。《纲要》指出为了达成上述目标，需要加大人才培养力度。建立健全集成电路人才培养体系，支持微电子学科发展，采取多种形式大力培养培训集成电路领域高层次、急需紧缺和骨干专业技术人才[1]。作为“国家集成电路人才培养基地”，北京工业大学更是肩负着为国家培养更多优秀的集成电路设计人才的历史重任。为贯彻国务院文件精神，保证我国集成电路行业的健康可持续发展，我校积极探索改革教育教学方式。特别是近几年通过指导学生参加“大学生集成电路设计大赛”，进一步认识到集成电路版图设计课程改革的必要性。

由北京市教委，北京电子学会主办的“大学生集成电路设计大赛”是针对国内微电子及相关专业在校生的一次专业实践性赛事，迄今已经举办4届，累计吸引了超过500个团队，约3千人次电子专业大学生参加，参加学校超过50所，取得了巨大的社会反响，成为国内各高校微电子专业综合实力展示的年度盛会[2]。国内最大EDA软件提供商北京华大九天软件有限公司为赛事提供全流程的EDA设计工具。国内领先的半导体芯片制造企业华润上华科技有限公司将为获奖的参赛队伍提供参赛作品流片机会。“大学生集成电路设计大赛”已经成为国内集成电路企业开展教育合作，发现优秀人才和展示企业成果的平台。同时，“大赛”也是培养学生创新精神和实践能力的重要环节[3]。现结合参加4届“大学生集成电路设计大赛”谈一谈我校集成电路版图设计实践课程教学的改革。

1 基于Aether工具，构建集成电路版图设计实践教学平台

集成电路设计人才的培养离不开实践教学平台的建设。建立集成电路版图设计实践教学平台主要是选择合适的EDA工具，为学生提供一个良好的软硬件环境。目前集成电路设计的EDA工具很多，其中Synopsys、Cadence和Mentor等公司的产品占据了EDA工具市场90%以上的份额[4]，但是这些EDA工具售价相当昂贵，大部分高校无力支付每年高额的Licence费用。“大学生集成电路设计大赛”由国内最大EDA软件提供商北京华大九天软件有限公司提供全流程的EDA设计工具。为了让我校的学生尽快熟悉并掌握大赛所用EDA设计工具，调动更多的学生参加“大赛”，我校与华大九天软件有限公司共同创建了北京华大VLSI EDA实验室，配备了华大九天EDA系统，并及时调整版图设计实践教学平台，构建了基于Aether工具的版图设计实践教学平台。该平台不仅为本科生教学服务，同时也面对本专业学习全天开放，学生可以借助平台，利用课余时间提高集成电路设计相关创新精神和实践能力的培养。此外，该平台也为学生参加并完成集成电路设计大赛的任务提供了保障。

北京华大九天软件有限公司自主研发的Aether是一个完整的数模混合信号IC设计平台，包含设计数据库管理 (Design Manager)、工艺管理 (Technology Manager)、原理图编辑器 (Schematic Editor)、混合信号设计仿真环境 (MDE)、版图编辑器 (Layout Editor)、原理图驱动版图 (SDL) 和混合信号布线器 (MSR)等模块；无缝集成了华大九天SPICE仿真工具ALPS-AS、数模混合信号仿真工具ALPS-MS，混合信号波形查看工具iWave，物理验证工具Argus和寄生参数提取工具RCExplorer，同时可以集成其它主流的第三方工具，使整个设计流程更加平滑、高效[5]。

2 优化课程内容，突出课程特点

集成电路版图设计是衔接集成电路设计与制造的关键环节，在电子科学与技术专业的学习与职业能力培养中起到重要作用。通过版图设计，可以将立体的电路转化为二维的平面图形，在通过工艺加工转化为基于半导体硅材料的立体结构[6]。据相关统计机构研究近些年电子科学与技术专业的应届毕业生从业趋势发现，由于与本科生相比研究生具有更多的电路知识储备，因此，在集成电路设计领域，各大型企业、研究机构更倾向招聘研究生及以上学历的高水平人才。而在以集成电路版图为代表包括集成电路测试以及工艺等与集成电路设计相关的领域，相对而言对电路设计知识的要求不高，因而这些岗位对本科生而言更具竞争力。从这个角度而言，集成电路版图设计实践课程对本科生将来就业或进一步深造奠定了坚实的基础。

鉴于集成电路版图设计课程在微电子技术专业的学习与能力培养过程中的重要作用，结合分析参加的几届“大赛”中学生存在的问题与不足，我校及时调整集成电路版图设计实践课程教学内容。目前，在集成电路版图设计实践教学过程中，通过讲解版图设计流程及方法，带领学生完成一个基于标准CMOS工艺的全定制反相器的设计。学生在这个过程中不仅学习了集成电路设计流程，而且熟悉并掌握Aether工具的使用，并进一步理解集成电路版图设计过程中各层掩膜版的作用及绘制步骤，如N阱掩膜版、有源区掩膜版、硅栅掩膜版、MOS管源区掩膜版、MOS管漏区掩膜版、接触孔掩膜版、金属1层掩膜版、过孔掩膜版、金属2层掩膜版。完成反相器版图的绘制后，要求学生完成该版图的DRC及LVS验证。通过反相器的学习，学生能够独立完成一些基本数字单元的版图设计，并通过调用这些基本单元完成D触发器或3-8译码器等单元电路的版图设计及验证。在这个过程中，学生又进一步掌握了层次化电路的设计方法。此外，集成电路版图设计实践课程中还安排了模拟电路版图的设计内容，不仅要求学生掌握多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋电感等常用无源器件版图设计方法，还要求学生完成一款简单运算放大器的版图设计及验证。

通过集成电路版图设计课程的学习，学生不仅掌握了Aether工具的使用，并且掌握了集成电路版图设计的基本方法，同时也为学生参加集成电路设计大赛创造了条件，进一步激发了学生参加集成电路设计大赛的热情和将来从事版图设计相关行业工作的信心。

3 结束语

集成电路版图设计实践课程在培养应用型集成电路人才的过程中起着至关重要的作用。“大学生集成电路设计大赛”为集成电路版图设计相关课程的改革提供了强有力的推动作用。通过总结参加4届“大学生集成电路设计大赛”的经验与教训，我校及时调整集成电路版图设计实践课程教学内容，并进一步完成实践教学平台搭建，更好的与集成电路产业发展需求相结合，进一步提高学生的实践动手能力，培养学生的创新精神。

[1]国家集成电路产业发展推进纲要．中央政府门户网站．http://www．gov．cn/xinwen/2014-06/24/content_2707360．htm．

[2]大学生集成电路设计大赛．http://www．nuicdc．com/ index．php?m=content&c=index&a=show&catid=9&id=3．

[3]胡小玲,袁颖,刘榿．结合集成电路设计大赛谈创新能力的培养[J]．电子世界,2012, 1:163–164．

[4]施敏,徐晨．基于九天EDA系统的集成电路版图设计[J]．南通工学院学报(自然科学版),2004,3(4):101–103．

[5]北京华大九天软件有限公司．设计平台Aether．http://www．empyrean．com．cn/index．php?m=content&c= index&a=show&catid=125&id=50．

[6] 陆学斌．集成电路版图设计[M]．北京:北京大学出版社,2012．

胡小玲（1971-），女，陕西人，硕士研究生，讲师，研究方向：集成电路设计。