集成电路设计本科专业建设探索

李大为 刘聪 陈锟 朱翠涛

[摘 要] 集成电路设计与集成系统专业是我国为适应信息产业发展需求而设置的新兴专业，由于该专业与电子信息、自动化等多个专业之间的交叉性、融合性，目前存在着开设时间短、经验不足等多种问题，因此，如何有效、合理地建设该专业的课程体系是值得重点讨论的问题。以中南民族大学电信学院学科现状为案例，针对学院民族地区学生电路尤其是模拟电路、射频电路基础薄弱的特点，科学分析学生，结合产业职位要求，适当选取课程内容。遵循学生学习的基本规律，穿插课程设计和工业设计实例，探讨建设集成电路设计专业课程的作用与意义。

[关键词] 集成电路设计;交叉;难题;学科建设

[基金项目] 2019年度中南民族大学校级教研项目“新工科背景下复合教学模式在集成电路设计课程中的应用”（JYX19080）; 2020年度教育部新工科研究与改革实践项目“服务产业需求的民族院校集成电路专业建设探索与实践”（E-DZYQ20201422）

[作者简介] 李大为（1989—），男，湖北监利人，博士，中南民族大学电子信息工程学院讲师，主要从事模拟与射频集成电路设计研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）31-0084-04    [收稿日期] 2021-01-30

一、引言

近年来，集成电路对信息学科的作用越来越重要，集成电路不仅是电子信息系统的基础，而且作为核心一直推动着信息学科的进步。集成电路的发展离不开人才，高质量的人才是我国集成电路技术进步的关键。但我国现有集成电路培养方向存在较大差异，同时国内各大高校每年培养出来的集成电路设计专业人才远远不够，每年人才缺口高达10万人。针对这些问题，相关高校正大力推动集成电路设计学科的建设，尤其是近期教育部学位委员会也正式设置“集成电路科学与工程”一级学科。可以预见，接下来将会迎来集成电路设计学科建设的高峰期。

二、中国集成电路发展现状

（一）集成电路设计学科的发展

集成电路（Integrated Circuits，简称ICs）在著名的摩尔定律影响下，晶体管数目平均每2年会增加一倍。正是由于集成电路技术的不断进步，以前“在电路板上搭建元器件”的电子系统构成方式，变成了现在的单一芯片。这种技术的革新，为电路设计的分工、分级带来了翻天覆地的变化。

由于历史的原因，国内集成电路设计学科存在三个一级学科，这三个一级学科分别是微电子、电子科学与技术及电子工程专业。对微电子专业而言，专业核心课主要涉及元器件的构造与材料，研究方向包括半导体器件、工艺与材料;电子科学与技术专业虽然与微电子专业名字不同，但其核心仍然是材料与器件，电路设计及电路的应用仍然涉及较少;电子工程负责搭建整体电子系统，比如电信、自动化、通信等专业，主要负责的是将基本元器件搭建成完整的电子系统，还包括高级电子系统的开发与应用。虽然这三个专业都学习基本的电路课程，但前两个专业核心课程偏向了材料，这就导致传统的集成电路设计学科更注重电子材料、半导体材料的研究，而事实上，材料与物理、数学一样，只是专业基础课，集成电路设计学科具体来说是一门包含基本器件、电路设计、应用电子技术、通信网络、计算机架构等学科的庞大的学科体系，课程的设置应能延伸到计算机体系结构顶层，而在顶层，一些开源指令集处理器如RISC-V处理器则不需要太多材料知识。

然而一直以来，集成电路设计专业只是微电子专业或者电子科学与技术专业下的“三级学科”，甚至连“二级学科”都排不上，“二级学科”一般为微电子学与固体电子学。我国开设微电子专业或电子科学与技术历史悠久，可以追溯到20世纪50年代，相关教师由物理与电子材料方向教师衍变过来，相关教师的研究方向也直接导致了微电子专业在最开始设立时是为了研究半导体材料，其核心课程为半导体物理、材料和化学，主要研究的是元器件的材料，虽然可能有一两门电路设计的课，但整个电路设计课程不成体系，更不涉及芯片使用。甚至一些院校没有相關电路设计师资，电路设计课程由材料方向教师开设，而电路设计需要实战经验与积累，这必然导致一些“水课”;还有一些院校由于招不到相关师资，电路方向课程完全不开，只上材料的核心课，虽然名字叫法不一，但课程实质已与材料和化学学院无异。这种分类在10年前集成电路设计学科仅仅研究各种元器件的构成时是没有问题的，但在集成电路设计学科逐渐演变成整个电子系统学科的今天，这种分类已经不合时宜。

另一个不可忽视的问题是，设置在微电子专业或者电子科学技术下的集成电路设计学科也极大地影响了集成电路行业的发展。现如今，各大高校教师唯SCI论文，SCI论文关系到高校教师职称的晋升和一系列福利的提升，这虽然提高了教师们的科研积极性，但也使得研究方向过于功利化。具体到集成电路设计专业上来说，芯片设计周期长，经费投资巨大，但电子材料与器件方向科研周期短，发表论文影响因子高。例如，国际上影响最高的集成电路设计刊物JSSC（Journal of Solid-State Circuits），影响力因子4.X，处于SCI二区，整个中国大陆极少能有人发表;而AM（Advanced Materials）这类材料期刊，影响力因子20.X，处于SCI一区，国内每年都有几百篇。这就导致国内的集成电路中材料占统治地位，电路设计相对弱势，而事实上我国集成电路材料技术在国际上处于非常落后的地位，电子材料研究方向与整个产业严重脱节，毕业生只能临时学习代码去找一份软件类型的工作。可以看出，“集成电路科学与工程”一级学科的确立对中国集成电路设计的发展是极为重要的，这样才可以将细分领域的评价标准独立出来，摈除“唯论文”的缺陷。而在教育部、工信部最新的文件中，也已经要求重新建立新的综合评价体系，以加快电路设计人才培养效率[1，2]。