本科生集成电路设计实训平台的建立

郑丽霞 吴 金 赵 霞 徐 悦

东南大学无锡分校 江苏无锡 214135

本科生集成电路设计实训平台的建立

郑丽霞 吴 金 赵 霞 徐 悦

东南大学无锡分校 江苏无锡 214135

集成电路专业是一门新型专业，具有较强的实践性和工程性，因此高校的培养方法也应适合专业特点，加强实践教学体系的建设。根据目前企业界采用的设计流程，提出了在高校建立集成电路设计实训平台的方法，从平台建立依据、EDA软件、网络组建、实训课程开展等进行全面介绍。通过该平台学生可以完成从电路设计直至MPW流片的芯片设计全过程，该实训平台流程完整，EDA工具先进，达到工业级要求。

集成电路；实践教学；实训平台

《国家集成电路产业发展推进纲要》中提出集成电路产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性、先导性产业。我国的集成电路产业虽然在近几年有较快速的发展，但与先进国家相比，从制造到设计的整个产业水平仍然有较大的差距。而人才培养无疑是提高我国集成电路产业水平的重要保障，高校是人才培养的重要平台。如何培养出适应社会需求发展的新型人才是高校培养的基本要求。

作为一门新兴专业，集成电路设计与集成系统专业具有门槛高、内容新、发展快、属交叉学科、与产业联系紧密、实践性强等一系列突出特点。但还没有像其他专业一样形成完整的知识体系，也没有制定出专业的人才培养规范，导致我国各高校培养的集成电路专业人才无法适应现代企业的需要，造成高技能人才的紧缺。[1]

目前高校集成电路设计专业以理论和实践为主，但较注重理论教学，实践培养还没有形成体系。同时实践教学中还面临EDA工具陈旧等问题，例如一些学校采用Tanner Pro等软件，与企业设计中实际使用的软件不符，无法用于流片生产。同时在实践的培养过程中缺乏系统性，导致学生对整个集成电路设计的流程没有经过系统训练，就业后无法从事完整的芯片设计。因此学校必须建立符合现代社会需求且完整的集成电路设计实训平台。

1 平台建立的依据

集成电路设计是一个较复杂的过程，涉及的流程较多，同时在考虑EDA软件选用时要与企业接轨。因此我们平台建立的总体依据是流程的完整性和工具的先进性，学生通过平台实训可以完成集成电路的整个流程，同时所设计电路可以达到工业级的生产要求。

1.1 流程的完整性

集成电路设计流程主要分为SOC和数模混合ASIC设计，考虑到学生实训的电路一般规模较小，同时要对学生进行数字、模拟集成电路设计的全面培养，因此本平台的建立以数模混合ASIC设计流程为依据，图1所示为全定制数模混合IC设计流程。整个流程包含电路原理图设计、电路前仿真、版图设计与验证、版图后仿真、导出GDSII数据用于流片。

图1 全定制数模混合IC设计流程

1.2 工具的先进性

目前工业界全定制ASIC设计的软件为Cadence，这是一个大型的EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC设计、FPGA设计以及PCB板设计。Cadence在仿真、电路图设计、自动布局布线、版图设计及验证等方面有着绝对优势。Cadence是一个完整的开发平台，涉及集成电路设计的流程每一部分都有相应的工具，表1为每一个流程采用的工具，在建立设计平台过程中除了需要安装Cadence外，表中相应的tools也需要安装，否则无法完成设计流程。

表1 平台中所使用的相关软件

2 实训过程的开展与平台使用

2.1 网络组建

由于Cadence软件需要在Linux环境下运行，同时考虑到与企业一致的工作方式，一般网络组建采用以服务器为中心的运行方式。主服务器安装linux系统和Cadence软件以及相应的开发tools，学生可以通PC机安装Xmanager软件进行远程登录。学生一旦登录服务器，使用过程比较方便，类似于在本机运行软件，学生的设计数据均存储于服务器，实现数据共享，可以多人完成一个芯片的设计。在一些高校也有采用学生PC机安装虚拟机，然后再导入Cadence镜像文件的做法。[2]但这样的方法只能进行小型模块电路设计，因为数据本地存储设计库不能共享，学生之间无法分工合作，同时PC运行速度较慢，因此真正的实训平台一般不建议采用这样的方式。

2.2 实训开展方式

实践教学是我国高等院校理工科专业教学中的重要环节之一，实践教学水平直接关系到人才培养的质量，实践教学的改革也是众多院校教改研究的热点内容之一。[3]实训的开展可以通过课程设计、毕业设计等以实践为主的课程，定期举行集成电路相关的竞赛也是较好的方式。我校每年面向全校学生举行集成电路设计竞赛，分成仿真组与流片组，均可以使用该平台进行相应的设计工作。同时学生可以结合个人所长以及社会需求等自由选题，竞赛的方式可以提高学生参与的积极性。

实训课程选题要对学生进行全面的锻炼，由简单到复杂，从基本的门电路到复杂的数模混合系统。D触发器、计数器、运算放大器、带隙电压基准电路等都是较通用的IC电路，较好的设计可以作为平台上的IP库使用，通过慢慢积累学校可以自建较完整的IP库，学生可通过平台完成复杂芯片的设计。

2.3 MPW计划

学生在平台完成设计后需要通过流片验证和测试才能最终完成一个芯片的设计过程，但是由于集成电路流片一次费用昂贵，周期较长，以目前CSMC 0.5 um的工程批一次也近20万，这不是一般的学校课程所能承担。但是一个完整的集成电路设计实训平台如果缺乏流片验证也是不完整的，学生的设计结果无法进行芯片级的验证。

采用多项目晶圆(Multi-Project-Wafer)是一个较好的方法，简称MPW。MPW就是将多个相同工艺的集成电路设计芯片放在同一圆晶片上流片，流片后每个设计项目可得到40片芯片样品，这一数量对于原型(Prototype)设计阶段的实验、测试已经足够。而流片费用由参加MPW的项目按照芯片面积分摊，成本仅为原来的5%～10%，CSMC 0.5 um工艺的一次MPW仅为人民币1万元，一般学校都可以承担。

3 结束语

针对集成电路专业实训平台建立与开展进行介绍，对集成电路设计完整的流程以及相应的EDA工具，网络组建、实训的实施进行了详细的说明，学生利用该平台可完成从电路原理图设计及流片验证的全部过程。通过集成电路设计的实训，学生掌握先进的EDA工具及集成电路设计的流程和基本的设计方法。培养具有创新意识的应用型人才，适应现代化社会对复合型人才的需求。

[1] 岳亚杰,杨慧晶,张宏国.集成电路设计与集成系统专业人才培养模式的探究[J].黑龙江教育:高教研究与评估,2013(3):62-63.

[2] 李倩.电子专业实践课程改革探讨[J].中国现代教育装备,2010(7):149-150.

[3] 唐凯,吴伟力,集成电路设计课程实验内容的探索[J].集美大学报,2013(14):121-124.

The Establishment of the Integrated Circuit Design Practice Platform for Undergraduates

Zheng Lixia， Wu Jin， Zhao Xia， Xu Yue
Southeast University Wuxi， Wuxi ，214135， China

Integrated circuit is a new specialty with the focuses of practicality and engineering. In order to accommodate the specialty characteristic， colleges and universities should strengthen the construction of practice teaching system. In this paper we present a method of establishment the integrated circuit design practice platform according to the enterprise design workflow. Principle of establishment， EDA software， network set up， practical course are introduced.Through this platform， students can complete the entire IC design process from circuit schematic design to MPW chip fabricated. The platform is meet with industry standards with complete process and advanced EDA tools.

integrated circuit； practice teaching； training platform

2014-11-10

郑丽霞，在读博士研究生，讲师。

东南大学2013校级教改项目(编号：2013-151)。