導(dǎo)語(yǔ)：微電子學(xué)科專業(yè)重新界定和培養(yǎng)方向一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)目前微電子培養(yǎng)方案滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，闡述微電子學(xué)科及專業(yè)的特點(diǎn)，提出了專業(yè)培養(yǎng)方向應(yīng)有所側(cè)重的應(yīng)對(duì)方案，抓住芯片設(shè)計(jì)這一行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵因素，匹配企業(yè)對(duì)芯片人才的需求。同時(shí)，探討加強(qiáng)具備產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的“雙師”型師資建設(shè)，并對(duì)傳統(tǒng)的課程設(shè)置進(jìn)行梳理和根本性調(diào)整，形成方向特色，從而適應(yīng)集成電路新工科的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求。

關(guān)鍵詞：微電子學(xué)，人才培養(yǎng)，芯片產(chǎn)業(yè)

最近工信部與教育部等部門提出推進(jìn)設(shè)立集成電路一級(jí)學(xué)科[1]，進(jìn)一步做實(shí)做強(qiáng)示范性微電子學(xué)院，加快建設(shè)集成電路產(chǎn)教融合協(xié)同育人平臺(tái)等措施。這說(shuō)明從主管部門到教育、科技和產(chǎn)業(yè)界，都普遍關(guān)心微電子集成電路的人才培養(yǎng)問(wèn)題，本文就微電子學(xué)科及專業(yè)的界定、產(chǎn)業(yè)需求和人才培養(yǎng)方向提出一管之見。

1微電子學(xué)科專業(yè)的重新界定

我國(guó)微電子專業(yè)開始于1950年代，學(xué)科名稱為半導(dǎo)體器件與物理，這個(gè)名稱與當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相契合。后來(lái)隨著集成電路的發(fā)展，學(xué)科名稱定為微電子學(xué)與固體電子學(xué)。之后，集成電路發(fā)展到超大規(guī)模階段，一個(gè)芯片就是一個(gè)系統(tǒng)，微電子學(xué)科專業(yè)的定義已經(jīng)滯后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以芯片設(shè)計(jì)為例，產(chǎn)業(yè)界更需要組合型人才（系統(tǒng)+微電子設(shè)計(jì)），導(dǎo)致有些企業(yè)寧愿招聘計(jì)算機(jī)、通信、軟件等專業(yè)畢業(yè)生。但這些人員又缺乏微電子專業(yè)基礎(chǔ)，從事芯片設(shè)計(jì)也受專業(yè)知識(shí)不足的限制。集成電路一級(jí)學(xué)科的設(shè)立及示范性微電子學(xué)院的實(shí)施，首先要認(rèn)真考慮學(xué)科和專業(yè)界定。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈涉及工藝、設(shè)備、材料、封裝、設(shè)計(jì)、EDA工具、單元庫(kù)等方方面面，諸如設(shè)備和EDA工具等，與其他專業(yè)（如精密儀器、光學(xué)、機(jī)械制造和計(jì)算機(jī)等）有著更密切的聯(lián)系。因此，微電子學(xué)科方向應(yīng)有所取舍，主要以微電子器件物理（含材料及相關(guān)基礎(chǔ)研究），集成電路工藝，集成電路設(shè)計(jì)作為二級(jí)學(xué)科。我國(guó)目前各高校的微電子專業(yè)實(shí)際上都是側(cè)重微電子器件物理性質(zhì)，這一方面相對(duì)有優(yōu)勢(shì)，所以可以單獨(dú)保留這個(gè)方向。另一方面，要極大地加強(qiáng)集成電路工藝和集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)兩方向。此外，還要注意到集成電路工藝和芯片設(shè)計(jì)嚴(yán)格地說(shuō)并不是一個(gè)專業(yè)。就像出版社和印刷廠其實(shí)是分屬兩個(gè)不同的行業(yè)和部門?，F(xiàn)在普遍把兩個(gè)方向混淆為一個(gè)專業(yè)，導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)難以深入，缺乏工藝和設(shè)計(jì)的訓(xùn)練與實(shí)踐，與產(chǎn)業(yè)界的需求脫節(jié)。芯片行業(yè)的現(xiàn)狀是芯片設(shè)計(jì)公司和制造公司都是分開的，全球只有極少數(shù)幾個(gè)公司既有設(shè)計(jì)，也有制造（如Intel,Samsung），但即使這些公司，其設(shè)計(jì)和制造都有單獨(dú)的子公司運(yùn)營(yíng)。99%的設(shè)計(jì)公司是沒(méi)有制造的，都是委托專業(yè)的芯片制造公司進(jìn)行生產(chǎn)。鑒于集成電路工藝和芯片設(shè)計(jì)從專業(yè)培養(yǎng)角度看區(qū)別極大，再考慮到高校微電子工藝實(shí)驗(yàn)條件越來(lái)越跟不上產(chǎn)業(yè)先進(jìn)的工藝（見下節(jié)），我們建議大部分微電子學(xué)科應(yīng)以芯片設(shè)計(jì)為主要方向。這也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)近年來(lái)嚴(yán)重缺“芯”的狀況都源于設(shè)計(jì)能力的不足，芯片設(shè)計(jì)是我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)目前最需要重視的環(huán)節(jié)。因?yàn)樾酒_發(fā)單位才擁有芯片的所有權(quán)，終端企業(yè)是向設(shè)計(jì)公司購(gòu)買芯片而不是向加工工廠購(gòu)買，加工廠只有自行開發(fā)的芯片才自行銷售。芯片設(shè)計(jì)是集成電路行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，只有具備了基本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)能力，其他環(huán)節(jié)包括先進(jìn)的工藝、設(shè)備和設(shè)計(jì)工具才起作用。長(zhǎng)期以來(lái)，這個(gè)簡(jiǎn)單的道理卻被忽略了。當(dāng)然微電子工藝方向也重要，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，需采取專門的措施，集中建設(shè)少數(shù)有條件的單位，辦成與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合、保持足夠先進(jìn)性和開放性的研發(fā)中心和培訓(xùn)中心。好在微電子工藝與微電子器件物理基礎(chǔ)教學(xué)關(guān)聯(lián)度比較大，這兩個(gè)方向可以采用相似的教學(xué)大綱，再充分利用虛擬仿真的手段，與基礎(chǔ)的原理性實(shí)驗(yàn)部分結(jié)合，加強(qiáng)工藝課程的教學(xué)效果，深化對(duì)工藝原理的認(rèn)識(shí)。

2實(shí)驗(yàn)條件和師資建設(shè)

實(shí)驗(yàn)條件和師資跟不上，是微電子專業(yè)發(fā)展的最主要的困難。工藝方向?qū)?shí)驗(yàn)的依賴度極大，但學(xué)校早就不能承擔(dān)先進(jìn)工藝線的巨額投資，現(xiàn)在連零頭都難以解決。目前全國(guó)高校許多工藝實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)下馬，存在的也處在很初級(jí)的狀態(tài)，以至于工藝實(shí)驗(yàn)就好像土槍土炮與現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)完全脫節(jié)，幾乎沒(méi)有所謂實(shí)訓(xùn)的作用。當(dāng)然退一步講，即使沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件，打好微電子理論基礎(chǔ)，這樣的學(xué)生也可以由工廠進(jìn)行實(shí)際培訓(xùn)（相對(duì)于實(shí)驗(yàn)補(bǔ)課）后使用。對(duì)于芯片設(shè)計(jì)方向，在實(shí)驗(yàn)方面倒不存在資金的問(wèn)題，因?yàn)樵O(shè)計(jì)所需的軟硬件是通用的，規(guī)范的，每個(gè)學(xué)校都有能力購(gòu)買，并且大學(xué)可以有計(jì)劃利用。因此，在芯片設(shè)計(jì)工具方面，可以做到與國(guó)外大學(xué)和研究單位以及產(chǎn)業(yè)界接軌。這是一個(gè)有利因素。但更大的問(wèn)題是沒(méi)有合格的師資。我們必須看到目前所有高校老中青教師隊(duì)伍中，很少有在先進(jìn)工藝線工作過(guò)或有自己設(shè)計(jì)過(guò)芯片經(jīng)歷的人。以這樣的教師授課，基本上照本宣科，效果不會(huì)好。仍以集成電路設(shè)計(jì)為例，雖然每個(gè)學(xué)校都有能力購(gòu)買先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具，但真正能用好工具的卻不多。這些工具軟件都比較龐大復(fù)雜，初學(xué)者如入迷宮，只有做過(guò)設(shè)計(jì)的老師才能有效指導(dǎo)學(xué)生使用設(shè)計(jì)工具并完成一個(gè)具體設(shè)計(jì)。因此，要引進(jìn)一批有理論、有實(shí)踐的高水平的教師，由他們培訓(xùn)、帶領(lǐng)一大批青年教師，熟悉系統(tǒng)和芯片設(shè)計(jì)，并主攻大部分常用的IP和芯片，通過(guò)科研帶動(dòng)教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生。這才是集成電路競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，高校不能回避這個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)。就像競(jìng)技體育的主戰(zhàn)場(chǎng)必須是運(yùn)動(dòng)員參加各種比賽，踢足球就必須進(jìn)球。初級(jí)目標(biāo)可設(shè)定為培養(yǎng)一批熟悉集成電路設(shè)計(jì)路徑、并熟悉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或算法的教師，開發(fā)常用的IP和芯片、包括一些核心的和最新算法的IP和芯片。這個(gè)階段是解決有沒(méi)有、會(huì)不會(huì)的問(wèn)題，還要達(dá)到一定的量和規(guī)模。在此基礎(chǔ)上以創(chuàng)新的思維來(lái)主導(dǎo)IP和芯片設(shè)計(jì)，從算法、結(jié)構(gòu)到具體實(shí)現(xiàn)都有所研究和探討，真正掌握。具有這樣能力的教師多了，我國(guó)微電子專業(yè)科研和教學(xué)水平就會(huì)大幅度提高。引進(jìn)和培養(yǎng)高水平的芯片設(shè)計(jì)的教師，還必須在目前人事制度和評(píng)價(jià)機(jī)制方面有所創(chuàng)新和突破。否則教師都培養(yǎng)不好，何談學(xué)生。

3課程設(shè)置

由于集成電路設(shè)計(jì)實(shí)際上與所有電子信息類專業(yè)都有交集，因此微電子專業(yè)的課程設(shè)置是一個(gè)很難取舍的問(wèn)題。從國(guó)際上看，這個(gè)問(wèn)題都沒(méi)有解決好，沒(méi)有成功的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。我國(guó)目前微電子學(xué)科課程設(shè)置主要以公共基礎(chǔ)課和微電子基礎(chǔ)課為主，基本上還是當(dāng)初半導(dǎo)體器件與物理專業(yè)延續(xù)下來(lái)的。這樣的課程對(duì)于培養(yǎng)微電子基礎(chǔ)方面還是可以的，但對(duì)于先進(jìn)工藝和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)人才，就越來(lái)越脫節(jié)了。以至于現(xiàn)在高校微電子專業(yè)招聘導(dǎo)師，來(lái)應(yīng)聘的大多是從事材料器件物理的，而工藝和設(shè)計(jì)方向的幾乎沒(méi)有。以芯片設(shè)計(jì)為例，是否需要開設(shè)固體物理和半導(dǎo)體物理課？當(dāng)然就更沒(méi)有必要上量子物理等高深理論課了。筆者一直想在課程設(shè)置上建議較大的改變，但阻力太大。因?yàn)楹芏嗳苏J(rèn)為，不上這些課，就不是微電子專業(yè)了，其實(shí)不然?，F(xiàn)在看來(lái)，這種改變勢(shì)在必行。所以本文呼吁，如果要改變中國(guó)缺“芯”狀況，微電子專業(yè)課程設(shè)置尤其是芯片設(shè)計(jì)方向，必須做根本性的調(diào)整。首先，應(yīng)以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目的開設(shè)基礎(chǔ)課程，如通信原理、自動(dòng)控制原理、信號(hào)與系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等基本課程。讓學(xué)生理解這些基本原理，打好基礎(chǔ)。但這些可選課程比較多，如何取舍。另一方面這些課程也需根據(jù)芯片設(shè)計(jì)專業(yè)的需要做調(diào)整。芯片設(shè)計(jì)課程應(yīng)是重頭戲。芯片設(shè)計(jì)的預(yù)備課程比較多，如硬件描述語(yǔ)言、EDA技術(shù)、FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等，但這些都不是嚴(yán)格意義上的芯片設(shè)計(jì)主干課程。芯片設(shè)計(jì)主干課程應(yīng)講授什么內(nèi)容、怎樣教？這是一個(gè)需要認(rèn)真探討的課題，并且要有專家專門做這樣的事情。本文高興地看到已有學(xué)校要求研究生有芯片設(shè)計(jì)的體驗(yàn)并為之提供流片機(jī)會(huì)，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常難得的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。但學(xué)生主要靠自學(xué)摸索，只是悟性好又勤奮的學(xué)生能夠完成，而對(duì)于本科生群體設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，還是必須有適當(dāng)?shù)闹鞲烧n程和實(shí)驗(yàn)來(lái)支撐。這是一個(gè)艱巨的任務(wù)，需要集思廣益[2-24]，需要有如改革開放之初教育部組織全國(guó)資源編寫教材的大動(dòng)作來(lái)完成。

4結(jié)語(yǔ)

幾十年來(lái)，國(guó)家一直重視微電子學(xué)科的發(fā)展。一方面產(chǎn)業(yè)界很需要微電子人才補(bǔ)充，一方面我們所培養(yǎng)的微電子畢業(yè)生大部分都改行了。這說(shuō)明了這個(gè)學(xué)科的培養(yǎng)方面出了根本性問(wèn)題。最近清華高調(diào)宣傳的一顆AI芯片，卻是精儀專業(yè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的。重慶郵電大學(xué)這幾年推出的TD基帶芯片和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片，也與該校微電子專業(yè)沒(méi)有什么關(guān)系。這些也反證了各校微電子專業(yè)普遍存在的紙上談兵的狀況?，F(xiàn)在教育部和工信部比以往更重視和支持微電子專業(yè)的發(fā)展，新的一輪建設(shè)和資助已經(jīng)開始，本文所思考的一些根本性問(wèn)題應(yīng)該得到重視。

作者：呂輝 王國(guó)裕 徐鵬 廖軍 馬軍 單位：湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 湖北工業(yè)大學(xué)芯片產(chǎn)業(yè)學(xué)院