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

摘要：針對目前微電子培養(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，提出了專業(yè)培養(yǎng)方向應(yīng)有所側(cè)重的應(yīng)對方案，抓住芯片設(shè)計這一行業(yè)競爭關(guān)鍵因素，匹配企業(yè)對芯片人才的需求。同時，探討加強具備產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的“雙師”型師資建設(shè)，并對傳統(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)立集成電路一級學(xué)科[1]，進(jìn)一步做實做強示范性微電子學(xué)院，加快建設(shè)集成電路產(chǎn)教融合協(xié)同育人平臺等措施。這說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，這個名稱與當(dāng)時半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相契合。后來隨著集成電路的發(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，一個芯片就是一個系統(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)計為例，產(chǎn)業(yè)界更需要組合型人才（系統(tǒng)+微電子設(shè)計），導(dǎo)致有些企業(yè)寧愿招聘計算機、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)計也受專業(yè)知識不足的限制。集成電路一級學(xué)科的設(shè)立及示范性微電子學(xué)院的實施，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、EDA工具、單元庫等方方面面，諸如設(shè)備和EDA工具等，與其他專業(yè)（如精密儀器、光學(xué)、機械制造和計算機等）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)計作為二級學(xué)科。我國目前各高校的微電子專業(yè)實際上都是側(cè)重微電子器件物理性質(zhì)，這一方面相對有優(yōu)勢，所以可以單獨保留這個方向。另一方面，要極大地加強集成電路工藝和集成電路設(shè)計專業(yè)兩方向。此外，還要注意到集成電路工藝和芯片設(shè)計嚴(yán)格地說并不是一個專業(yè)。就像出版社和印刷廠其實是分屬兩個不同的行業(yè)和部門?，F(xiàn)在普遍把兩個方向混淆為一個專業(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)計的訓(xùn)練與實踐，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)計公司和制造公司都是分開的，全球只有極少數(shù)幾個公司既有設(shè)計，也有制造（如Intel,Samsung），但即使這些公司，其設(shè)計和制造都有單獨的子公司運營。99%的設(shè)計公司是沒有制造的，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驗條件越來越跟不上產(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)計為主要方向。這也是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國近年來嚴(yán)重缺“芯”的狀況都源于設(shè)計能力的不足，芯片設(shè)計是我國微電子產(chǎn)業(yè)目前最需要重視的環(huán)節(jié)。因為芯片開發(fā)單位才擁有芯片的所有權(quán)，終端企業(yè)是向設(shè)計公司購買芯片而不是向加工工廠購買，加工廠只有自行開發(fā)的芯片才自行銷售。芯片設(shè)計是集成電路行業(yè)競爭的主戰(zhàn)場，只有具備了基本的系統(tǒng)設(shè)計和芯片設(shè)計能力，其他環(huán)節(jié)包括先進(jìn)的工藝、設(shè)備和設(shè)計工具才起作用。長期以來，這個簡單的道理卻被忽略了。當(dāng)然微電子工藝方向也重要，但由于實驗條件的限制，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)的原理性實驗部分結(jié)合，加強工藝課程的教學(xué)效果，深化對工藝原理的認(rèn)識。

2實驗條件和師資建設(shè)

實驗條件和師資跟不上，是微電子專業(yè)發(fā)展的最主要的困難。工藝方向?qū)嶒灥囊蕾嚩葮O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。目前全國高校許多工藝實驗室已經(jīng)下馬，存在的也處在很初級的狀態(tài)，以至于工藝實驗就好像土槍土炮與現(xiàn)代化戰(zhàn)爭完全脫節(jié)，幾乎沒有所謂實訓(xùn)的作用。當(dāng)然退一步講，即使沒有實驗條件，打好微電子理論基礎(chǔ)，這樣的學(xué)生也可以由工廠進(jìn)行實際培訓(xùn)（相對于實驗補課）后使用。對于芯片設(shè)計方向，在實驗方面倒不存在資金的問題，因為設(shè)計所需的軟硬件是通用的，規(guī)范的，每個學(xué)校都有能力購買，并且大學(xué)可以有計劃利用。因此，在芯片設(shè)計工具方面，可以做到與國外大學(xué)和研究單位以及產(chǎn)業(yè)界接軌。這是一個有利因素。但更大的問題是沒有合格的師資。我們必須看到目前所有高校老中青教師隊伍中，很少有在先進(jìn)工藝線工作過或有自己設(shè)計過芯片經(jīng)歷的人。以這樣的教師授課，基本上照本宣科，效果不會好。仍以集成電路設(shè)計為例，雖然每個學(xué)校都有能力購買先進(jìn)的設(shè)計工具，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，只有做過設(shè)計的老師才能有效指導(dǎo)學(xué)生使用設(shè)計工具并完成一個具體設(shè)計。因此，要引進(jìn)一批有理論、有實踐的高水平的教師，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，并主攻大部分常用的IP和芯片，通過科研帶動教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生。這才是集成電路競爭的主戰(zhàn)場，高校不能回避這個主戰(zhàn)場。就像競技體育的主戰(zhàn)場必須是運動員參加各種比賽，踢足球就必須進(jìn)球。初級目標(biāo)可設(shè)定為培養(yǎng)一批熟悉集成電路設(shè)計路徑、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。這個階段是解決有沒有、會不會的問題，還要達(dá)到一定的量和規(guī)模。在此基礎(chǔ)上以創(chuàng)新的思維來主導(dǎo)IP和芯片設(shè)計，從算法、結(jié)構(gòu)到具體實現(xiàn)都有所研究和探討，真正掌握。具有這樣能力的教師多了，我國微電子專業(yè)科研和教學(xué)水平就會大幅度提高。引進(jìn)和培養(yǎng)高水平的芯片設(shè)計的教師，還必須在目前人事制度和評價機制方面有所創(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)計實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)置是一個很難取舍的問題。從國際上看，這個問題都沒有解決好，沒有成功的經(jīng)驗可供借鑒。我國目前微電子學(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)下來的。這樣的課程對于培養(yǎng)微電子基礎(chǔ)方面還是可以的，但對于先進(jìn)工藝和系統(tǒng)芯片設(shè)計人才，就越來越脫節(jié)了。以至于現(xiàn)在高校微電子專業(yè)招聘導(dǎo)師，來應(yīng)聘的大多是從事材料器件物理的，而工藝和設(shè)計方向的幾乎沒有。以芯片設(shè)計為例，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。因為很多人認(rèn)為，不上這些課，就不是微電子專業(yè)了，其實不然?，F(xiàn)在看來，這種改變勢在必行。所以本文呼吁，如果要改變中國缺“芯”狀況，微電子專業(yè)課程設(shè)置尤其是芯片設(shè)計方向，必須做根本性的調(diào)整。首先，應(yīng)以系統(tǒng)設(shè)計為目的開設(shè)基礎(chǔ)課程，如通信原理、自動控制原理、信號與系統(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)計專業(yè)的需要做調(diào)整。芯片設(shè)計課程應(yīng)是重頭戲。芯片設(shè)計的預(yù)備課程比較多，如硬件描述語言、EDA技術(shù)、FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計等等，但這些都不是嚴(yán)格意義上的芯片設(shè)計主干課程。芯片設(shè)計主干課程應(yīng)講授什么內(nèi)容、怎樣教？這是一個需要認(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)計的體驗并為之提供流片機會，這對學(xué)生來說是非常難得的學(xué)習(xí)和實踐。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，而對于本科生群體設(shè)計能力的培養(yǎng)，還是必須有適當(dāng)?shù)闹鞲烧n程和實驗來支撐。這是一個艱巨的任務(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資源編寫教材的大動作來完成。

4結(jié)語

幾十年來，國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。這說明了這個學(xué)科的培養(yǎng)方面出了根本性問題。最近清華高調(diào)宣傳的一顆AI芯片，卻是精儀專業(yè)團隊設(shè)計的。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題應(yīng)該得到重視。

作者：呂輝 王國裕 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