交叉学科门类下集成电路科学与工程一级学科建设路径探析*

孙曙光

（吉林大学 研究生院，吉林 长春 130012）

2020 年12 月，国务院学位委员会、教育部印发《关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知》，交叉学科成为第14 个学科门类，集成电路科学与工程被确定为一级交叉学科。 2021 年10 月，北京大学等18 所高校获批集成电路科学与工程一级学科博士学位授权点（以下简称“集成电路学科”），这标志着我国集成电路学科建设正式进入制度化、规范化、科学化的快车道。 设立集成电路一级学科，充分体现了国家解决制约集成电路产业发展“卡脖子”技术的战略意志以及集成电路产业对高素质人才的迫切需求。 如何在交叉学科建设背景下，加快建设集成电路一级学科、加速构建支撑集成电路产业高速发展的创新人才培养体系，成为一个亟待探讨的理论和实践课题。

一、交叉学科的形成机理

（一）学科高度分化与整合的逻辑必然

现代学科的发展正表现出越来越强烈的非平衡混沌特征，其主要表现就是在高度分化基础上的高度综合，是分化与综合的对立统一，这是现代学科发展趋势的本质［1］。 显然，从学科的发展历程看，学科综合、学科交叉已成为学科发展的主要趋势之一。 近半个世纪以来，各学科间交叉综合的趋势日益明显，这是学科发展内在逻辑带来的结果，也与大科学时代科研的新特征有关。 从学科内在逻辑看，相邻学科不断向纵深拓展，最终在不同层面出现研究共域，促使交叉学科、新兴学科不断孕育产生。 因此，从这个意义上讲，交叉学科的产生并不是偶然的，它符合了学科分化整合、成长的规律，是学科交叉长期作用的结果。 在学科发展和演化的链条上，学科的土壤中始终孕育着交叉的种子，只是在某个环节、某个时刻，该种子开始与相邻、相近学科发生关联，进而形成若干新的研究领域，一旦该领域率先处于领先水平并取得重大进展，则其成为交叉学科的内在条件就逐渐成熟。 如果加上外部力量的适当催化，一个新兴交叉学科的产生就只是时间问题了。

（二）解决复杂问题需要的知识结构的外在表征

交叉学科的出现，既是科学知识体系自然发展演变的必然结果，更与所处的时代背景密不可分。 作为一门新兴的交叉学科，其必然使命便是以当下经济社会发展中出现的关键核心问题为导向，实现技术和理论层面的突破与创新［2］。 当前我国的科技创新已进入“倡导问题导向，鼓励学科交叉”的创新型研究的新阶段［3］。 学科交叉往往是从解决单一学科解决不了的复杂问题开始的，不同学科之间的合作多以项目的形式存在，进而产生跨学科的一系列研究成果，时机成熟再催生一门新兴交叉学科。 现代科技发展越来越清晰地表明：交叉学科是推动科技创新发展、催生重大原创性成果的重要驱动力之一［4］。 比如，让人类饱受摧残的新冠病毒，仅靠一门学科领域的知识显然是无法解决的，而特别需要公共卫生与预防、临床医学、药学、生命科学、公共管理、经济学等多学科发挥作用。 换句话说，一些涉及多领域的“复杂问题”是实现跨学科、交叉学科研究的凝聚点和连接处，为了解决这些问题，运用不同学科知识及其之间的交叉融合成为必然选择。 再比如，由于市场对芯片工业的强大需求，发达国家对芯片核心技术的封锁等原因，导致我国必须自主解决集成电路产业领域面临的关键问题，这就加速推进了集成电路学科的产生，而最终以新兴交叉学科的外在形式呈现出来。

（三）国家战略驱动下政策的催化与引导

随着新一轮科技革命和产业革命的加速推进，一些重要科学问题和关键核心技术已呈现出革命性的先兆，新的学科分支和新的增长点不断涌现，学科深度交叉融合势不可挡［5］。 科学前沿的重大突破和标志性成果的产生往往是学科交叉融合的结果，国家战略的制定、重大工程的实施越来越需要交叉学科。 我国集成电路行业面临的突出问题之所以暴风骤雨般地爆发，与大国之间的政治博弈不无关系。 这些都促使解决制约集成电路产业发展的核心技术难题很快上升为国家战略。 为抢占新一轮科技制高点，在引领未来科学发展方向上占得先机，我国政府主动作为，把握学科交叉融合的新趋势，设立了交叉学科门类，并率先设置集成电路一级交叉学科。 2021 年11 月，国务院学位委员会印发了《交叉学科设置与管理办法（试行）》，进一步明确了交叉学科的内涵、基本标准以及设置与退出机制等，为我国交叉学科提供了制度遵循。 显然，与学科的自然生长相比，国家政策的催化与引导必将推动交叉学科快速发展、有序发展、规范发展。 对有条件的高校来说，只有把握交叉学科建设的大势，布局和建成一批交叉学科，才能在服务和贡献中更加直接、更加有效地体现自身价值。 与此同时，融入国家战略的学科也更具有生命力，这些学科将带动学校整体实力的提升。

二、在交叉学科门类中集成电路科学与工程的学科定位

集成电路未形成独立的学科体系之前，属于电子科学与技术一级学科下微电子学及固体电子学、电路与系统等二级学科范畴。 集成电路是现代信息社会的基石，其学科含义已远超电子科学与技术学科框架之下的学科范围，作为学科意义上的存在，它最典型的特征就是跨学科、多学科，国家新版学科目录将其列为“一级交叉学科”正是这个原因。 概言之，集成电路是一门涉及电子科学与技术、计算机科学与技术、材料科学以及物理学、数学等学科的新兴交叉学科。 新版学科目录将集成电路学科列为交叉学科门类下的“第一学科”，足见其学科的交叉属性和重要地位。 作为交叉学科，集成电路是以微电子学及固体电子学为基础，由多个学科衍生而来的，其学科定位和理论体系的构建自然不同于其他传统学科，需经历摆脱理论依附走向理论自主的阶段。 以集成电路学科为研究对象，不仅是对该学科建设路径的探讨，对其他新兴交叉学科建设同样具有借鉴意义。

（一）从学科功能看，集成电路科学与工程是支撑我国集成电路产业转型升级的核心学科

集成电路是典型的集人才密集、技术密集、资金密集于一体的高科技产业，也是高度开放、国际竞争最为激烈的产业之一。 近年来，集成电路成为中美博弈的核心领域。 2022 年8 月，美国颁布《芯片和科学法案》，要求在美的芯片制造企业“不在中国发展精密芯片的制造”。 在此背景下，我国不得不加快集成电路自主研发的步伐。 2020年8 月，国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，强调集成电路产业和软件产业是信息产业的核心，是引领新一轮科技革命和产业革命的关键力量。 “十四五”期间，我国集成电路产业将加快迈向高速增长与高质量发展并存的发展阶段。 围绕集成电路产业发展的“卡脖子”问题及关键核心技术问题的攻关，不断增强产业链供应链的自主可控能力，是我国集成电路产业高质量发展面临的首要难题。 当前，我国集成电路产业正处于攻坚时期，突破核心技术瓶颈，增加内生发展动力，迫切需要大批领军人才、专业技术人才、经营管理人才、工匠型人才的支撑［6］。 毫无疑问，人才作为集成电路产业的第一资源，是制约我国集成电路产业发展的主要瓶颈，构建支撑集成电路产业高速发展的创新人才培养体系是解决问题的不二选择。

为破解集成电路产业对高素质人才迫切需求的难题，国家主动布局集成电路新兴交叉学科，就是从政策层面强化引导与扶持。 选择在有基础、有条件的高校开展集成电路学科建设和人才培养试点，就是为了尽早探索出一条新路子，加快提升我国集成电路领域自主创新的能力。 因此，某种意义上讲，产业需求的强大推动力加速推进了集成电路学科的诞生。 从高校的角度看，建设集成电路学科首先就是保证从数量上和质量上培养满足产业发展急需的创新型人才，为集成电路产业创新升级发展提供人才和智力支持。

（二）从学科归属看，集成电路科学与工程是从传统半导体领域中不断演进，并结合新的理论和产业需求产生的新兴交叉学科

从世界范围来看，电子管是最早期的电信号放大器件，产生于二十世纪初期，这是集成电路概念的起源阶段。 到了二十世纪五十年代，进入了晶体管时代，这是集成电路的雏形阶段。 二十世纪六十年代至今，进入集成电路时期，集成电路产业正走向创新和成熟发展的新阶段。 我国集成电路研究是从二十世纪五十年代开始的，这一时期国家将半导体技术的开发研究上升到国家战略，并提出“向科学进军”的口号［7］。 进入二十世纪八十年代，我国集成电路产业进入了探索时期，虽然国家一度把集成电路作为高新技术领域的一项核心任务，并进行了重点资助，也培育了一批集成电路制造企业，但技术上与同期国际水平已存在较大差距。 2000 年以后，在集成电路产业市场的驱动下，国家加大了政策与资金支持力度，我国集成电路产业发展进入了高速发展时期。 然而，与产业蓬勃发展形成鲜明对比的是，我国对集成电路核心技术及器件的研发相对滞后，一度受制于人，不少高端尖端产品仍然过于依赖进口。 长期积累的结果是，我国集成电路产业发展比任何时候都更加需要系统的理论和高素质人才的支持。

随着国家政策的有力推进，产业的迫切需求，我国集成电路学科建设已从被动跟随转向主动布局，而且正在走上一条区别于传统半导体的老路。近年来，以问题为导向的学科建设成为政府和学界共同关注的焦点问题之一，集成电路不再仅仅是信息技术层面的问题，而涉及政治、经济、科技、文化等不同领域，这些也促使集成电路研究领域不断延伸和拓展。 实际上，当前我国建设的集成电路科学与工程学科就是在半导体领域不断演变的基础上，借鉴相关学科的理论，在产业的催化下逐渐发展起来的一个新兴学科，是对传统学科的创新和突破。

（三）从学科特征看，集成电路科学与工程交叉学科具有明确的研究对象和内容

作为产业的集成电路，它的内涵较为狭隘。即集成电路是通过一系列制造工艺，将电路中所需的晶体管、电阻、电容等元件及其布线连接并集成在一块或几块微小的介质基础上，并分装在一个管壳内，以实现所需要电路功能的微型电子器件或部件［8］。 显然，这是对集成电路较为传统的理解，当前已无法满足现实需求。 如果从集成电路的功能及其对整个产业链乃至社会的影响来看，集成电路更有远远超越其传统的意义和价值。

作为交叉一级学科的集成电路，本质上是将集成电路产业知识化、体系化的一种表现形式，即赋予集成电路以学科内涵和知识逻辑。 从学科内涵上讲，集成电路是以半导体和集成电路的系统理论与科技创新为研究对象，以集成电路理论、集成电路设计、集成电路材料、集成电路器件等为主要研究内容的知识体系。 一般来讲，集成电路学科设有集成电路新材料设计与制备、半导体器件与集成、集成电路制造技术与装备、集成电路设计与专用软件等二级学科或研究方向。 例如，集成电路新材料设计与制备研究方向主要是针对后摩尔时代集成电路的新器件、新架构需求，研究高性能射频电路材料、氧化物电子器件材料和宽禁带半导体材料的制备新原理和新工艺，设计出新型高性能信息存储材料、高迁移率晶体管沟道材料等。 集成电路的人才培养目标，不仅要培养学生掌握半导体理论基础，还要培养学生具备材料物理、电子线路、微电子学等专门知识以及数学、外语、计算机等多学科综合知识，进而培养学生形成独立的开展科学研究和工程实践的能力，造就和培养集成电路领域的高素质科研型和应用型人才。 如表1 所示，集成电路学科与传统的半导体与集成电路领域的理念有所不同，是逐步演化的过程。

表1 集成电路科学与工程学科理念的变化与演进

三、交叉学科视角下集成电路科学与工程学科的建设策略

（一）内涵建设上，加强政策引导，以大学科观构建集成电路科学与工程的理论体系

任何一门学科都要经历初创时期、发展上升期、成熟创新期等阶段，集成电路学科虽已成为一级学科，但尚处在建设初期，其理论基础、学科体系、学术体系等需要不断完善。 这一阶段，政府部门的顶层设计和宏观指导尤为重要，一方面，以推进交叉学科管理办法的落实与实施为抓手，从国家层面明确集成电路的学科内涵、学科范围、人才培养目标等；以新一轮学科目录修订为契机，明确集成电路一级学科下的二级学科和研究方向，使集成电路交叉学科建设规范有序、有章可循。 另一方面，聚焦国家战略急需，对应不同研究领域，设立集成电路交叉学科建设的专项资助基金，并在招生政策、人才培养模式创新、评价机制等方面对试点高校予以倾斜和支持。

高校是学科建设的主体单位和责任单位，承担着构建集成电路学科体系的具体任务。 试点高校要在国家政策的指引下，错位发展、特色建设。需要树立大学科观，集成电路既然作为交叉学科，其视野就不仅局限于半导体、芯片等研究领域，而要变革传统学科单一视角，注意与其他学科的交叉融合，借势借力母体学科，与相邻、相近学科继续互动影响，在深度交叉融合中更加明确自身的研究领域和研究方向。 当前高校面临的问题是，在构建集成电路的学科内涵时，发现其知识体系仍囿于其他相近学科理论的范畴之中，要真正获得独立的学科地位，亟须加强自身理论体系建设。这需要高校结合自身学科基础和产业发展趋势，进一步做好集成电路学科的建设规划，明确建设思路以及建设路径，才能不断丰富学科内涵，进而形成集成电路学科特有的学科范式、研究方法和人才培养模式。

（二）建设目标上，强化集成电路科学与工程学科人才培养的核心意识，构建高水平人才培养体系

理念是行动的先导，交叉学科人才培养理念的相对缺失才是导致诸多问题的根本所在，把握跨学科教育发展大势，树立并且强化交叉学科人才培养理念势在必行［9］。 学科建设不能游离于人才培养体系之外，更不能凌驾于其上，学科体系是人才培养体系的重要支撑，人才培养体系是学科建设最为核心的内容［10］。 无论是传统学科还是交叉学科都要围绕人才培养这一核心任务来开展，并把人才培养质量作为检验学科建设成效的根本标准。 跨学科人才培养具有发挥综合性大学多学科资源优势、满足学生个性化与多样化学习兴趣、培养复合型人才与推动科技发展等意义，当前已成为国际高等教育改革的重要趋势［11］。 因此，建设集成电路一级交叉学科，其核心是强化人才培养职能，培养跨学科人才，解决集成电路领域高素质人才短缺的问题。 构建集成电路学科高水平育人体系须把握以下几点：

1. 坚持集成电路学科正确的育人方向

把服务于我国集成电路产业发展作为学科育人的出发点和落脚点，以习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人，凝练学科精神内涵，坚持思政课程与课程思政的有机结合，培养集成电路专业学生的家国情怀、科学精神和创新意识，造就和培养一批堪当时代重任的高素质人才。

2. 制定科学的人才培养方案

人才培养方案是落实党和国家关于集成电路人才培养的总体要求，是组织开展高素质人才培养的基本依据。 集成电路学科除遵循人才培养的一般规律外，还要体现培养特色，即坚持人才培养的国际性、时代性、实践性与综合性。 所谓国际性是指立足科技与学术前沿，培养具有国际视野，在未来产业竞争中能堪大任集成电路领域的领军人才；时代性是指要适应新时代包容性学科体系的构建和人才培养模式变革，回应集成电路产业对人才培养的现实需求；实践性是指注重教学内容与产业实践的紧密结合，构建以项目问题为导向的教学、学习模式，为未来产业发展需求储备人才；综合性是指在掌握数学、外语、物理、电子线路、计算机等知识理论的基础上，还要熟练掌握半导体集成电路的专门系统知识，具有较强的科研和工程实践的能力，能熟练运用多学科知识去解决集成电路领域的新问题，体现交叉学科人才的优势。

3. 构建产学研深度融合育人模式

作为与产业发展紧密结合的学科，高校要发挥在集成电路学科建设、人才培养系统化、理论创新等方面的优势，企业要发挥在实践教学、技术创新等领域的优势，共同构建集成电路学科“厚基础+强实践”的教学体系。 高校加强与企业共建工程技术和实践中心，共同制定人才培养标准、教学方案，共同建设课程体系；围绕产业需求以实验班、校内外导师联动等形式健全产学研用育人机制，培养一大批复合型、实用型、交叉型高素质人才。

（三）建设方向上，强化集成电路科学与工程学科的问题意识，解决中国集成电路产业的实际问题

强烈的“问题意识”既是交叉学科产生的重要根源，也是交叉学科发展的永续动力。 伴随着我国经济结构的不断优化，许多重大问题的不断凸显，原有的基于知识逻辑的“学科意识”已无法满足现实需要。 传统的学科建制往往将整体性的现实问题转化为其中每个分析性学科各自单独面对才能解释和应对的问题［12］。 而交叉学科恰好解决了这一难题，它站在学科与问题的交汇地带，能清晰地看到单一学科的局限，洞悉问题复杂的一面，进而从整体性、系统性的角度去构建新的学科体系。 因此，“问题意识”已成为我国交叉学科建设的主导性理念，也是对传统学科建设体系的一种超越。

在国际竞争越来越激烈的形势下，我国集成电路产业正向核心技术“国产化”方向迈进。 集成电路学科建设必须立足中国国情，坚持中国化发展道路，紧紧围绕国家对集成电路产业的全方位需求，把建设方向定位在研究中国集成电路产业发展的核心问题上，不断提升学科服务产业发展的支撑能力。 也就是说，集成电路学科建设要以中国集成电路产业发展为基点，以高度的问题意识和使命自觉，把解决集成电路领域的突出问题作为核心任务，助力高精尖技术的突破和高端产品的研发。 因此，建设集成电路学科不仅要树立全球视野，博众家理论之长，加快推进学科建设的国际化，更要立足中国集成电路产业实际，构建具有中国特色的集成电路理论体系和实践路径，致力于解决“卡脖子”问题，推动我国集成电路产业转型升级。

（四）建设着力点上，搭建高水平协同创新平台，以深度交叉融合激发科技创新活力

高校协同创新平台是以高校为核心广泛开放的平台，平台建设应满足科学前沿和国家需求的重大方向、具备开展重大机制体制改革的基础与条件、具有解决重大问题的综合能力和学科优势等基本条件［13］。 一个成功的跨学科组织，通常具备“共同的研究主题、多元的学科知识、独特的问题解决策略、协同合作的资源设施、风险收益共担共享的运作机制”等特征，但并非固定统一的组织形式［14］。 作为应用性极强的交叉学科，高校亟待加强集成电路学科协同创新平台建设，以提升人才、学科、科研、研发四位一体的创新能力为核心，依托高校现有科研平台，打破学科壁垒和组织边界，联合企业的研发平台，进行有效的校内外优质资源的整合，凝聚校内相关学科的有生力量，吸引和汇聚校外企业的优秀团队，建立多学科背景的科技创新团队，形成跨组织、跨学科、多团队、多要素汇集的重大研发平台，充分调动校企双方人才、技术、资金、信息等创新要素的活力，发挥好协同创新平台的纽带、引擎、带动与辐射作用，推动集成电路领域基础理论和核心技术的不断创新。

四、结语与展望

大学在国家创新体系建设中扮演着关键角色，推进学科专业结构适应新发展格局，以高质量的人才培养和高水平的科研成果支撑国家科技自立自强，是义不容辞的责任和使命。 我国的集成电路学科是在国家战略引导、产业需求驱动、学科成长规律三重力量的共同作用下建立起来的。 清晰可见的是，在其初创时期，外部因素起到了至关重要的作用，政府审时度势、主动布局，产业急迫需求、解决“卡脖子”技术等催生了这一个新学科的产生。 学科新设之后，遵循学科建设逻辑使之成为真正意义上的一级学科显得更为迫切。 集成电路学科既要遵循学科建设的普遍规律，构建学科理论体系，将培养高素质人才作为建设原点，更要探索建立符合本学科特点的自身规律，比如鲜明的交叉学科属性以及依托产业需求的强大驱动力等。 2025 年左右，预计我国集成电路销售额将突破2 万亿元，产业的广阔前景某种意义上决定着学科的未来。 尽管我国集成电路学科要构建与庞大的集成电路产业体系相匹配的人才培养体系和科技创新体系还有很长的路要走，但其学科前景仍让人充满期待。

首先，极具中国特色的集成电路学科建设路径的构建，将加快推进学科由初创期向生长期迈进。 我国集成电路学科构建的是“一体两翼”的学科建设方式，即高校以坚持学科内涵建设为“一体”，教育主管部门和集成电路产业的双轮驱动为“两翼”。 这种建设方式具有强大的生命力，将使我国集成电路学科的后发优势得到充分发挥。 未来5～10 年或者更长时间我国集成电路学科建设水平将实现由跟跑到并跑再到领跑的转变，逐步引领发展方向。

其次，建设主体高校把作为国家战略的集成电路学科建设任务落实为学校的重点工程，将以强烈的使命感和责任感，调动学科建设的内生动力，以强化交叉融合为导向，聚焦前沿领域，以培养国家急需的高素质人才为目标，探索建立产学研用深度融合的人才培养模式，把集成电路学科打造成为一流学科建设的新增长点，学科建设的理论体系更加扎实，学科建设的图景更加清晰。

最后，我国集成电路学科将与集成电路产业发展协同促进、共荣共生，相伴走向更加美好的未来。 集成电路学科将通过主动融入国家战略需求和产业需求，获取外部驱动和技术要素的大力支持，为国家和社会培养一大批能够支撑和引领集成电路产业未来的高素质人才。 有了高校的协同支撑，我国集成电路产业将走上自主创新的发展道路，更加重视系统创新和源头创新，以芯片功能的提升来提高产品的性能和竞争力，通过自主掌控产品推动我国集成电路产业的高质量发展，进而建成达到国际领先、技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。