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產業化基地成立以來,堅持以發展本地集成電路產業,建立健全產業鏈,壯大產業集群,提供良好的產業技術支撐環境為己任,卓有成效地開展了一系列服務工作,取得了顯著成績,有力地推進了西安集成電路產業的發展,并已成為政府推動集成電路產業發展所需產業規劃與研究、資源整合與配置、招商引資咨詢、企業孵化與扶持、交流與合作、高層次人才引進與培養、專業技術支撐與咨詢服務等的橋梁與載體,對西安集成電路產業發展起到了“組織、協調、引導、推進與聚集”的作用,取得了良好的國內外影響和社會效益,為區域新興科技產業的發展注入了新的活力,為地方集成電路產業規模化奠定了基礎。
1.西安集成電路產業發展現狀
西安產業化基地堅持“政府引導、市場驅動、深化服務”的方針,以發展集成電路產業,建立健全產業鏈,壯大產業集群,提供良好的產業支撐環境為目標,建立了較為完善的產業公共服務與技術支撐服務體系。隨著一系列扶持集成電路產業優惠政策的制定實施和產業公共服務的不斷拓展深化,西安集成電路產業得到了快速發展,在產業規模、產業鏈完善、自主創新、人才吸引和培養、公共技術支撐與服務平臺建設等方面取得了一定成就。
產業規模不斷增大:經過近10年的發展,陜西省現有集成電路企業70多家,其中95%都集中在西安,設計企業近50家,制造封裝企業8家,硅材料生產企業10家,設備制造企業8家,測試與分析中心3個,相關科研機構約18個,學歷教育機構8個,專業培訓機構2個,并形成了以西安高新區為核心的集成電路產業聚集區。從引導完善集成電路產業鏈出發,聚集了英特爾、西岳電子、美光、威世半導體、天勝、應用材料等重點Ic企業,形成了集成電路設計、加工制造、封裝測試及半導體支撐等較為完整的產業鏈。陜西集成電路產業2001年實現銷售收入約3.2億元,2005年達到20.2億元,2010年達到70.22億元,“十一五”期間增長近3.5倍。2010年,我國集成電路產業銷售收入為1440.15億元,增幅為29.8%,陜西省2010年銷售收入增幅為41.92%,約占全國銷售總額的5%。
企業自主創新能力不斷提升:目前,西安集成電路企業擁有自主知識產權的產品累計300多種,涵蓋了物聯網、通信、微處理器、信息家電、半導體照明、消費電子、設備制造、器件研發等多個領域。代表性產品有:華芯的存貯器、西電捷通的WAPI IP核、深亞的SDH芯片、英洛華的LED驅動芯片、龍騰微電子的32位嵌入式CPU、理工晶科的8/12寸硅芯爐、能訊基于氮化鎵的開關功率晶體管元器件、炬光的大功率激光器等,充分體現了西安在集成電路領域的巨大潛力和科技研發與創新優勢。
人才優勢促進產業發展:西安有10多家集成電路研究機構及高校,與集成電路相關的科研、教學與設計的技術人員約占全國的六分之一,在西安交通大學、西安電子科技大學、西北工業大學、西安郵電學院等多所高等院校設有微電子學科或集成電路設計專業及重點實驗室,年在校相關學科學生近10萬人,年輸送相關學科畢業生2萬余人,占全國的14%,人才優勢為西安承接產業轉移提供了充足的人力資源保障。同時,隨著本地集成電路產業的興起,外流人才紛紛回歸,2005年以來成立的留學生企業10多家,給西安集成電路產業帶來了先進的技術、豐富的管理經驗和大量的資金,人力資源和產業資本相互吸引、相互促進的局面正在形成。
公共服務平臺輻射帶動作用明顯:西安基地在做好集成電路設計業的同時,注重發揮基地的輻射帶動作用,將服務延伸到整個半導體產業鏈,提出了發展上游半導體材料與設備、中游集成電路制造、下游集成電路封裝與測試產業集群,以及半導體照明、太陽能光伏、先進半導體器件、衛星導航應用等產業集群的建議。目前,以集成電路產業集群為核心、硅材料與太陽能光伏產業集群為支撐、半導體照明與衛星導航應用產業集群為補充的新興半導體產業正在形成,并已成為西安信息產業新的增長點。
產業發展存在的問題:經過近10年的發展,西安集成電路產業水平得到了大幅的提升。但相比之下,仍然存在一些問題,比如設計業與整機的結合力度不足、產業鏈相對弱小、支撐業發展滯后、適用性人才不足、產業環境亟需改善等這些因素制約了本地集成電路產業的快速發展。
2.產業發展思路
“十二五”期間,西安將統籌優勢資源,優先發展集成電路設計業,大力發展分立器件制造業,積極引進新一代芯片生產線,提升封裝測試水平和能力,增強關鍵設備和基礎材料的開發能力;在承接產業轉移的過程中,積極促進企業的整合重組,以龍頭企業帶動產業的發展,促進產業集群的建立,完善產業相關配套環境建設。
政策引領,聚合力量,促進產業大發展。以培育具有國際競爭力的戰略性產業為目標,以政府支持和市場需求為導向,以改善產業發展環境和創新機制為手段,引導資本、技術、人才、市場等要素交叉整合,優化配置,統籌協調產、學、研、用各環節有效銜接,形成合力,促進產業結構調整,整合資源,優化結構,重點突破,實現集成電路產業跨越式發展。
著眼全局,推動創新,提升產業競爭力。推行從芯片設計到系統應用的全產業鏈思維,積極推進技術創新、模式創新、制度創新,推動銀企積極合作,大力培育集成電路在新興產業中的應用,通過改造提升,實現傳統產業的升級換代,在產業鏈各環節形成有核心競爭力的企業,構建戰略性集成電路產業研發和產業化體系。
3.產業發展目標
通過新興產業培育和產業結構調整,到“十二五”末企業數量達到100家以上,全行業銷售收入達到400億元,從業人員達到6萬人,其中高端技術、管理人員達到10%,工程技術人員達到40%,高級技術工人達到30%;著重提升產業發展層次和水平,通過轉變發展方式和機制創新,建立起以企業為主體、以市場為導向、產學研用相結合的機制,增強企業自主創新能力,全行業加大研發投入力度,企業科研投入強度占銷售額的比例平均達到6%,重點骨干企業研發投入強度力爭達到8%。
4.產業布局規劃
以關天經濟區建設為契機,以西安為中心,統籌整合咸陽、寶雞、渭南、漢中、天水等西部地區現有的微電子產業資源,發展上、下游配套的產業鏈,建立由“一區四園一基地”組成的西部微電子產業基地。
西安集成電路產業出口加工區:依托西安出口加工區B區,完善其基礎及配套設施建設,引進出口加工型企業落戶,使區內企業達到10家以上,成為西安集成電路產業國際化的支撐平臺。利用出口加工區的政策優勢,培育龍頭企業,發揮龍頭企業的
輻射帶動作用,促進相關配套企業跟進,帶動集成電路產業的快速發展。
西安集成電路設計產業園:以西安高新技術產業開發區為依托,建設西安集成電路設計產業園,形成集成電路設計企業聚集區,吸納40-50家集成電路設計企業人駐;建設集中的產業公共技術支撐服務區,營造良好的人力資源供給環境,大力吸引境外跨國公司的研發機構、國內知名企業的設計中心和本地規模設計企業入駐,加大創業企業的扶持力度,使園區成為智力引進和實現企業自主創新的有效載體,成為推動集成電路產業可持續發展的源動力。
西安集成電路制造產業園:以西安高新技術產業開發區為依托,建設西安集成電路制造產業園。以新型分立器件、LED芯片及集成電路制造為核心,加大招商引資力度,吸引5-10家規模制造企業入園,使其成為國內有一定影響力的集成電路制造產業園區。
西安集成電路封裝測試產業園:以西安經濟技術產業開發區為依托,建設西安集成電路封裝測試產業園,大力扶持本地企業,積極引進國內外知名企業及相關配套企業,吸引5-10家企業入駐,將該園區打造成國內有一定影響力的封裝測試產業園。
西安集成電路設備與材料產業園:以西咸新區和西安民用航天基地為依托,建設西安集成電路設備與材料產業園,聚集一批設備與材料及相關配套企業聚集的產業園區,吸引15家以上相關企業入駐,發揮我西安裝備制造業優勢,建成國內一流、西部第一的集成電路設備與材料企業聚集區。
5.進一步完善產業服務體系
自2000年國家科技部在西安設立國家集成電路設計西安產業化基地以來,產業化基地一直采取“政府主導”的建設模式,探索出了一條產業推進、技術支撐與產業服務協調發展的有效模式,建立了較為完善的產業公共服務和技術支撐服務體系,形成了具有鮮明特色的“專業孵化器+產業公共服務+技術支撐服務+專業人才培養”的綜合服務體系,能夠為企業提供從產業研究、產業咨詢、企業孵化、產業推進等產業公共服務和EDA設計服務、MPW&IP服務、封測服務及人才培養等技術支撐服務。“十一五”期間,孵化集成電路企業20多家,通過服務平臺為產業發展爭取各類資金超過1億元,舉辦和參加行業展會近30次,為政府決策提業研究報告和專項報告10多項;利用EDA設計平臺開發產品30多個,通過MPW&IP平臺流片的產品近200種,流片費用近1億元,封裝測試平臺服務項目近100個,培訓平臺培養各類技術人員4000多人,為企業累計節約成本超過1億元,極大的促進了西安集成電路產業的發展。
“十二五”期間,產業化基地將以“一區四園一基地”為依托,進一步完善產業服務體系,提升產業化基地的服務能力,促進西安集成電路產業的突破發展。
產業服務方面:建立產品展示交易平臺,構建電子商務系統,定期舉辦和參加有影響力的行業會議,形成全方位的產品展示交易服務體系;搭建投融資服務平臺,設立“陜西集成電路專項種子基金”,將政府引導和市場優化資源配置相結合,多渠道引導國內外風險投資基金、金融債券等資金進入集成電路產業,為產業發展提供所需的金融資本支持。
技術領先 產品接近國際先進水平
七星電子是我國集成電路制造設備的領先企業,近年來通過自主研發以及與國際國內著名廠商、科研院所合作,同類產品性能逐步接近國際先進水平。公司生產的擴散系統、清洗系統、氣體質量流量計等集成電路工藝設備已成功裝備多條集成電路生產線,產品已在國內6英寸IC生產線得到廣泛應用。在混合集成電路和電子元件開發能力、科技人員的技術水平、試驗設備的配套及數量等方面居于國內前列。同時,公司從產品結構、配套能力、產品實物質量、品牌效應方面在國內也處于領先地位。七星電子是國內唯一一家具有8英寸立式擴散爐和8英寸清洗設備生產能力的公司,生產的8英寸生產線設備開始進入國內主流IC生產線。公司目前正進行12英寸90/65納米清洗機、擴散爐和質量流量計等集成電路設備的研發。七星電子所生產的擴散設備和清洗設備均是集成電路制造工藝中的關鍵設備,產品用量大,技術含量高。公司開發的清洗設備產品已在集成電路生產線、集成電路材料、光電子行業和電力電子行業上得到了應用。
自主研發 為國防和航天事業作貢獻
七星電子在混合集成電路和電子元件領域積累了多年的生產經驗,通過承擔軍品科研任務形成了豐富的技術儲備,產品的技術水平主要體現在產品的高精密、高可靠特性以及能夠達到特定的技術指標等等。公司在國內軍用混合集成電路以及高精密阻容元件的生產上,具備領先的技術優勢。公司擁有九條生產線符合軍工生產標準,生產的混合集成電路、高可靠高穩定電阻器、固體鉭電容器、石英晶體器件等產品,廣泛應用于軍工行業。公司還在軍工科研方面取得多項重大成果,為中國的國防和航天事業作出了顯著的貢獻,2006年被總裝備部、國防科工委及信息產業部三部委聯合評為“十五”軍用電子元器件科研生產先進單位,獲得信息產業部授予“軍工電子質量年活動先進單位”。信息產業部軍工電子局還先后多次對七星電子成功研制“集成電路設備工程”給予了獎勵,中國空間技術研究院、中國運載火箭技術研究院、中國載人航天工程辦公室、信息產業部、中國航--天科技集團公司等單位先后對七星電子在“神舟五號”、“神舟六號”、“神舟七號”載人飛船及“嫦娥一號”發射成功中作出的貢獻給予了各種獎勵,肯定了七星電子為中國航天事業中做出的貢獻。
政策支持 市場前景良好
關鍵詞:集成電路EDA 課程改革 教學內容
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼: A 文章編號:1672-1578(2013)10-0029-01
1 引言
高職教育的目的是使學生獲得從事某個職業所需的實際技能和知識,具備進入崗位所需的能力與資格,并且應當具備良好的職業道德和熟練的職業技能,走上職業崗位之后能夠勝任崗位,并有后續發展能力。然而,鑒于多方面因素,高職教育的教學質量不斷下降,高職學生職業能力的欠缺直接影響了就業。因此,高職院校必須進行課程改革,構建符合高職教育規律、適應高職課程的教學模式。下面,筆者就簡單談談我院集成電路EDA課程改革的情況。
2 課程定位
集成電路EDA技術是集成電路及電子系統設計的綜合技術,是現代科技創新和IC產業發展的關鍵技術。該課程作為高等職業院校微電子專業的一門重要的主干專業課程,緊扣專業理論和生產實踐需求,具有較強的崗位實踐操作技能,是電子類專業畢業生必須具備的專業技能之一;而且該課程能貫穿整個專業教學環節,掌握本課程能使學生更好地學習掌握其他專業課程。
3 課程設計理念
按照“基于工作過程”的課程開發體系進行課改,重視職業技能的訓練,充分體現以應用型技術人才為培養目標;形成以行業需求為導向,以職業實踐為主線,“教、學、做一體化”的專業課程體系;構建工學結合的高職課程開發模式,落實“強化實踐、重在應用”,著重 “職業能力” 培養的指導思想。通過典型的實踐項目課題,多樣化的教學方法,形成實踐教學和工作過程一體化、課堂與生產線一體化、實踐教學與培養崗位能力一體化,激發學生的學習興趣,引導學生將學到的知識應用于實踐中,加強課程知識點的連接,充分體現EDA技術在電子電路實際設計中的應用,使課程教學真正體現實踐性、應用性。
4 改革目標
目前,集成電路EDA設計工具主要市場份額為美國的Cadence、Synopsys和Mentor等少數企業所壟斷。我院該課程采用的是Tanner Pro 軟件,在教學過程中,以職業實踐為主線,通過課程改革,逐步實現“教、學、做一體化”的專業課程體系。通過對實用電路的設計,激發學生學習先進的電子電路設計技術的興趣,使學生掌握集成電路設計和布局圖設計的基本方法,了解IC組件庫的電路模型、符號模型的設計方法;能熟練創建電路文件、版圖文件,生成網表文件,進行電路仿真模擬,并熟悉電路與版圖對比方法;養成按規范進行集成電路設計與應用,并按照企業規范設計版圖的職業素養;培養了學生使用現代先進設計工具的能力和團隊溝通能力,為以后工作打下一定的基礎。
5 教學內容
隨著IC 技術的發展,對集成電路EDA課程教學內容提出了更高的要求。這次為適應科學技術的發展以及對人才培養的要求,我們走訪企業、征求用人單位意見,特別聘請企業專家進行技術指導,結合專業培養目標和就業崗位群,我們對EDA課程的教學進行了修訂,教學內容進行了調整和充實。
為加強對學生實踐能力、創新能力和工程實踐能力的培養,將EDA技術理論和實訓課單獨開設,促進了對學生實際動手能力和分析、設計能力的培養。為了培養學生的創新能力,我們加重了設計性實驗、綜合實驗的分量,加強各種實踐環節,使學生通過理論課程的學習和實訓課程的實踐,基本掌握EDA技術,再通過相應的課程設計將理論用于實踐,將理論與設計融為一體,使學生在畢業設計中,既能提高運用所學知識進行設計的能力,又能在這一過程中體會到理論設計與實際實現中的距離,鍛煉了學生分析問題、解決問題能力。
6 課程改革中的重點、難點及解決辦法
課改的重點:“基于工作過程”的項目式課程開發
難點:項目式教學內容的確定,教材、教學設備的準備,學生對實際生產環境和生產過程的體驗和學習,工程實際應用的系統設計。
解決方法:(1)采用全新的教學理念和教學方式,以“必須”“夠用”的原則組織教學內容,將教學與EDA工程技術有機結合,設計由淺入深的實驗項目,以實現良好的教學效果。(2)根據課程實踐性強的特點,加強實驗室建設,提倡學生進行自主教學活動。(3)多方面綜合考慮,全面優化教學效果。(4)加強校企合作,提高授課教師的理論水平和工程實踐能力,讓學生進入企業進行生產實習,將教學、實驗和科研緊密結合。
7 教學方法與手段
EDA技術涉及面廣、實踐性強,對教師和學生的要求較高。在EDA技術教學方法上,我們改變了過去以教師為中心、以課堂講授為主、以傳授知識為基本目的的傳統教學模式。采用教師講授與學生實踐相結合,理論知識與現實工程問題相結合的靈活的教學方式,留給學生充分的思考和實踐時間,鼓勵學生勤于思考,把握問題實質,不斷提高自己解決實際問題的能力。把“教、學、做”一體化,體現到實處。
講課時突出重點、難點,注重知識點重組。教學中引入大量的EDA實際例題,重視培養學生的運用知識,解決實際問題的能力,充分調動了學生的學習積極性。
實踐表明,采用多元化的教學方法可以取得較好的效果。多元化教學方法包括:(1)交互討論教學法;(2)目標驅動教學法;(3)開放式自主實踐;(4)課外興趣小組;(5) 鼓勵學生參與大學生創新活動。
在課堂教學中,讓學生多實踐,多動腦、勤思考,才能發揮他們的學習主動性,起到良好的教學效果。
8 結語
通過課程改革,改變了常規的教學模式,以學生為主,教師為輔,再結合多種教學方式,以激發學生的學習興趣,提高學生的學習能動性,并且重視學生的理論與實踐的結合能力,使學生深切感受到學有所用,大大提高了集成電路EDA課程的教學效果。
參考文獻:
程:您好!在浦東新區政府和北京大學的大力支持和領導下,經過一年多的籌備,上海浦東微電子封裝和系統集成公共服務平臺已經正式開始運營。
平臺由上海北京大學微電子研究院聯合多家封裝企業和研究單位共同建設,在上海市浦東新區科學技術委員會、上海市集成電路行業協會、上海張江集成電路產業區開發有限公司、上海浦東高新技術產業應用研究院和上海張江(集團)有限公司支持下運營。平臺目標旨在通過跨地域、跨行業、跨學科的產學研用合作,集聚優勢資源,為我國微電子產業(主要是中小型企業)提供需要的封裝設計加工、測試、可靠性分析與測試等服務并開展微機械系統MEMS/微光電子機械系統(MOEMS)封裝、3-D集成等系統集成技術研發,為集成電路行業培養封裝和系統集成高端人才,逐步發展成能為全國集成電路企業提供優質技術服務的微電子封裝與系統集成公共服務平臺。
平臺服務內容包括先進封裝設計、小批量多品種集成電路封裝與測試、系統集成、可靠性分析測試和封裝人才培養等,將涵蓋封裝設計、仿真、材料、工藝和制造等多個領域。封裝設計服務將提供封裝設計及封裝模擬,封裝信號完整性分析等服務。小批量多品種封裝服務將提供中小型集成電路設計企業需要的封裝技術,為特殊應用領域(如寬禁帶半導體高溫電子封裝、高頻系統封裝、大功率器件與集成電路封裝等)提供封裝服務。系統集成技術服務將提供圓片級封裝技術(WLP)、微電子機械系統(MEMS)/微光電子機械系統(MOEMS)封裝、3-D集成等先進封裝/系統集成技術服務,同時廣泛開展技術合作、技術孵化導入活動。可靠性分析測試服務將圍繞可靠性測試技術發展需求,開發具有自主知識產權、具有廣泛應用前景的技術和產品,為自主知識產權高端芯片的設計制造項目提供技術支撐,為微電子企業提供集成電路測試、分析、驗證、老化篩選和完整的測試解決方案和咨詢服務。另外,我國封裝技術人才的嚴重短缺,成為制約集成電路封裝業進一步發展的瓶頸。依托平臺強大的封裝研發力量,充分發揮海內外專業人才示范作用,盡快培養本土IC封裝人才群,為企業作好人才梯隊儲備。
平臺擁有一支以中青年人才為科技骨干的、擁有雄厚技術力量和戰斗力的技術團隊。平臺的運營目前是以中芯國際、UTAC、58研究所、天水華天科技、772研究所、香港科技大學和上海北京大學微電子研究院為技術依托,以國內外知名封裝、微電子領域學者和資深專家為核心,主要核心科學家和技術專家包括有中國工程院院士、微電子技術專家許居衍,北京大學教授、中國科學院院士王陽元,香港科技大學教授、資深電子封裝專家、香港科大電子封裝實驗室主任、先進微系統封裝中心主任李世偉等。
另外,上海北京大學微電子研究院在平臺的技術和運營方面也有很多優勢。我院依托北京大學擁有雄厚的人才資源和學科優勢,在微電子產業戰略、基礎技術、關鍵技術、應用開發四個層面上展開工作,同時在射頻電路、混合信號集成電路、EMI、納米尺度MOS器件、MEMS技術、高壓大功率器件與電路、高可靠性封裝測試技術等領域取得了一系列研究成果。研究院具有許多在微電子主要領域和研究方向的專家、教授、研究員、工程師,同時也招收培養了一批優秀的研究生。他們在LED驅動芯片的設計與封裝、芯片級封裝、系統級封裝、三維立體封裝和可靠性封裝方面有很深入的研究,并取得了不少成果和專利。SIP封裝技術、三維立體封裝和可靠性封裝將成為北大上海微電子研究院重點發展的研究方向,這些技術基礎為封裝服務平臺的建設發展提供了可靠的保障。
記者:成立該平臺的背景是什么?它對行業有哪些積極作用?
程:隨著封裝技術不斷發展演變,IC設計公司對微型化、輕便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求越來越高,目前浦東新區現有封裝測試企業并不能滿足中小型IC企業的要求,該平臺可以使相關企業獲得服務便捷、形式靈活、成本合理的封裝測試服務,有利于提高產品質量,加快產品開發節奏,提高企業自身的競爭能力。
目前浦東已有100余家集成電路設計企業,隨著近幾年出現的多項目晶圓(MPW)服務的開展,進一步地降低了IC設計開發的初期投入,也大大促進了集成電路設計行業的發展。但是,中小型IC設計企業在起步階段需要以QFP、BGA等形式封裝,封裝數量較小,很難獲得大型封測企業的服務支持,導致產品開發周期加長和成本提高等諸多問題。而隨著IC設計企業的成長,產品線的不斷擴展,需要的封裝品種也將不斷增加,一般的封裝企業不能提供有效的技術服務。因此小批量、多品種封裝必然成為集成電路產業鏈中迫切的需求。
另外,很多企業和研究機構在對一些新型電路、高端產品和先進技術的探索、創新和研究上,需要有微小型、高密度、高頻、高溫、高壓、大功率、高可靠性的封裝技術來支持。而大型封測廠并不能針對這種高端的、專一的、小量的封裝服務需求給予有力的幫助,因而這些集成電路企業和研究機構只能通過其它途徑尋求提供特殊需求服務的國外封測單位,這樣無形間帶來產品開發時間和成本的壓力。建設這樣的封裝服務平臺則可以有效的解決此類問題,為他們創造便利的條件。
記者:對于解決封裝行業存在的一些問題,國外有無類似的平臺?我們建立該平臺有無借鑒國外的一些經驗?
程:世界半導體產業面臨波浪式發展,目前各大公司紛紛在我國建立后工序工廠及設計公司,摩托羅拉、英特爾、AMD、三星、ST、億恒、Amkor、日立、三菱、富士通、東芝、松下、三洋都在我國建有后工序工廠,飛利浦在江蘇、廣東新建兩個后工序工廠。面對蓬勃發展的IC封裝業,無論技術怎樣發展,市場需求是產業發展原動力,既有規模化生產,又有市場變化對封裝要求加工批量小、節奏快、變數大的特點,市場競爭不只是求規模,更重要的是求強,大不一定就是強,所以通過國際半導體形勢的發展來看,封裝產業的發展模式及戰略十分值得重視與探討。
該平臺就是在總結了國內外集成電路封裝產業存在的問題之后而建立的。目前國外和中國臺灣地區有企業從事類似業務,但沒有類似在政府和行業協會支持下專門從事封裝技術支持的公共服務平臺。
記者:該平臺是只面向浦東還是面向全國?
程:面向全國。
記者:與一些大型封裝測試公司相比,該平臺有哪些優勢?您認為它的前景怎樣?
答:隨著封裝技術不斷發展演變,IC設計公司提出了微型化、輕便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求,目前一些大型封裝公司并不能滿足中小型IC企業的要求,而該平臺的優勢在于可以使相關企業獲得服務便捷、形式靈活、成本合理的封裝服務,有利于提高產品質量,加快產品開發節奏,例如為中小型IC設計/光電器件企業提供如下的服務:晶圓凸點制備、芯片級植焊球、有機底版設計及加工、表面貼裝回流焊、BGA/FC/MCM封裝及組裝等。針對部分電子系統制造商的要求,開展特殊封裝的研發與服務,主要包括:集成電力電子模塊封裝(IPEM)、大功率LED的封裝、MEMS封裝設計與服務等。為大學與科研機構提供各種特殊封裝材料/形式的封裝、咨詢、培訓、系統集成服務,以及各種可靠性測試和分析服務。上述服務都是一些大型封裝測試公司無法做到的。所以該平臺的服務模式本身就是一種優勢。
另外,我國目前擁有良好的產業政策環境,浦東地區具有雄厚的產業基礎,豐富的人才資源儲備和較好的技術基礎,加上廣泛的市場需求和上海北京大學微電子研究院及其合作伙伴的技術和運營優勢,該平臺有著非常廣闊的發展前景。
記者:成立這樣一個平臺,您一定也在這方面有非常深的了解,站在一個行業專家的角度,您對整個封裝業的現狀有哪些看法?
程:IC封裝測試業是IC產業鏈中的一個重要環節。一直以來,外資企業在中國IC封裝測試領域占據了優勢,但內資封裝測試企業蓬勃發展,中小企業不斷涌現,內資特別是民營企業的發展為IC封裝測試業增添了活力和希望。目前在長三角地區,匯聚了江陰長電、南通富士通、安靠、優特、威宇科技、上海紀元微科、上海華嶺等眾多大型微電子封裝測試企業,在全國處于領先地位。西部地區封裝測試業包括天水華天科技也有較快的發展。另外,2007年10月,英特爾(成都)有限公司微處理器工廠順利運營并實現首枚多核處理器出口。同時,中芯國際(SMIC)、馬來西亞友尼森(Unisem)、美國芯源系統(MPS)等半導體封裝測試項目在成都相繼投產,西部封裝測試廠的產能將會進一步釋放。
目前,國內外資IDM型封裝測試企業主要為母公司服務,OEM型封裝測試企業所接訂單多為中高端產品,而內資封裝測試企業的產品已由DIP、SOP 等傳統低端產品向QFP、QFN、BGA、CSP等中高端產品發展。
綜觀目前國內整個封裝業在對中小型集成電路設計企業的服務方面存在以下不足:
(1)國內企業高端技術投資有限,產品多集中于中低端,難以在高端市場上取得突破;
(2)國內先進封裝技術的實施幾乎完全依靠從國外引入;
(3)已有封裝企業對于處于起步階段的IC設計公司小批量封裝要求能提供的服務極少,不利于整個IC產業的發展;
(4)無法滿足小批量集成電路特殊封裝的需求。
(下轉第47頁)
記者:未來封測業的發展怎樣?該平臺的未來發展規劃是怎樣?
一、完善課程設置
合理設置課程體系和課程內容,是提高人才培養水平的關鍵。2009年,黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業制定了該專業的課程體系,經過這幾年教學工作的開展與施行,發現仍存在一些不足之處,于是在2014年黑龍江大學開展的教學計劃及人才培養方案的修訂工作中進行了再次的改進和完善。首先,在課程設置與課時安排上進行適當的調整。對于部分課程調整其所開設的學期及課時安排,不同課程中內容重疊的章節或相關性較大的部分可進行適當刪減或融合。如:在原來的課程設置中,“數字集成電路設計”課程與“CMOS模擬集成電路設計”課程分別設置在教學第六學期和第七學期。由于“數字集成電路設計”課程中是以門級電路設計為基礎,所以學生在未進行模擬集成電路課程的講授前,對于各種元器件的基本結構、特性、工作原理、基本參數、工藝和版圖等這些基礎知識都是一知半解,因此對門級電路的整體設計分析難以理解和掌握,會影響學生的學習熱情及教學效果;而若在“數字集成電路設計”課程中添加入相關知識,與“CMOS模擬集成電路設計”課程中本應有的器件、工藝和版圖的相關內容又會出現重疊。在調整后的課程設置中,先開設了“CMOS模擬集成電路設計”課程,將器件、工藝和版圖的基礎知識首先進行講授,令學生對于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解;在隨后“數字集成電路設計”課程的學習中,對于應用各器件進行電路構建時會更加得心應手,達到較好的教學效果,同時也避免了內容重復講授的問題。此外,這樣的課程設置安排,將有利于本科生在“大學生集成電路設計大賽”的參與和競爭,避免因學期課程的設置問題,導致學生還未深入地接觸學習相關的理論課程及實驗課程,從而出現理論知識儲備不足、實踐操作不熟練等種種情況,致使影響到參賽過程的發揮。調整課程安排后,本科生通過秋季學期中基礎理論知識的學習以及實踐操作能力的鍛煉,在參與春季大賽時能夠確保擁有足夠的理論知識和實踐經驗,具有較充足的參賽準備,通過團隊合作較好地完成大賽的各項環節,贏取良好賽果,為學校、學院及個人爭得榮譽,收獲寶貴的參賽經驗。其次,適當降低理論課難度,將教學重點放在掌握集成電路設計及分析方法上,而不是讓復雜煩瑣的公式推導削弱了學生的學習興趣,讓學生能夠較好地理解和掌握集成電路設計的方法和流程。第三,在選擇優秀國內外教材進行教學的同時,從科研前沿、新興產品及技術、行業需求等方面提取教學內容,激發學生的學習興趣,實時了解前沿動態,使學生能夠積極主動地學習。
二、變革教學理念與模式
CDIO(構思、設計、實施、運行)理念,是目前國內外各高校開始提出的新型教育理念,將工程創新教育結合課程教學模式,旨在緩解高校人才培養模式與企業人才需求的沖突。在實際教學過程中,結合黑龍江大學集成電路設計與集成系統專業的“數模混合集成電路設計”課程,基于“逐次逼近型模數轉換器(SARADC)”的課題項目開展教學內容,將各個獨立分散的模擬或數字電路模塊的設計進行有機串聯,使之成為具有連貫性的課題實踐內容。在教學周期內,以學生為主體、教師為引導的教學模式,令學生“做中學”,讓學生有目的地將理論切實應用于實踐中,完成“構思、設計、實踐和驗證”的整體流程,使學生系統地掌握集成電路全定制方案的具體實施方法及設計操作流程。同時,通過以小組為單位,進行團隊合作,在組內或組間的相互交流與學習中,相互促進提高,培養學生善于思考、發現問題及解決問題的能力,鍛煉學生團隊工作的能力及創新能力,并可以通過對新結構、新想法進行不同程度獎勵加分的形式以激發學生的積極性和創新力。此外,該門課程的考核形式也不同,不是通過以往的試卷筆試形式來確定學生得分,而是以畢業論文的撰寫要求,令每一組提供一份完整翔實的數據報告,鍛煉學生撰寫論文、數據整理的能力,為接下來學期中的畢業設計打下一定的基礎。而對于教師的要求,不僅要有扎實的理論基礎還應具備豐富的實踐經驗,因此青年教師要不斷提高專業能力和素質。可通過參加研討會、專業講座、企業實習、項目合作等途徑分享和學習實踐經驗,同時還應定期邀請校外專家或專業工程師進行集成電路方面的專業座談、學術交流、技術培訓等,進行教學及實踐的指導。
三、加強EDA實踐教學
首先,根據企業的技術需求,引進目前使用的主流EDA工具軟件,讓學生在就業前就可以熟練掌握應用,將工程實際和實驗教學緊密聯系,積累經驗的同時增加學生就業及繼續深造的機會,為今后競爭打下良好的基礎。2009—2015年,黑龍江大學先后引進數字集成電路設計平臺Xilinx和FPGA實驗箱、華大九天開發的全定制集成電路EDA設計工具Aether以及Synopsys公司的EDA設計工具等,最大可能地滿足在校本科生和研究生的學習和科研。而面對目前學生人數眾多但實驗教學資源相對不足的情況,如果可以借助黑龍江大學的校園網進行網絡集成電路設計平臺的搭建,實現遠程登錄,則在一定程度上可以滿足學生在課后進行自主學習的需要。其次,根據企業崗位的需求可合理安排EDA實踐教學內容,適當增加實踐課程的學時。如通過運算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態機、分頻器、數顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設計和仿真分析,令學生掌握數字、模擬、數模混合集成電路的設計方法及流程,在了解企業對于數字、模擬、數模混合集成電路設計以及版圖設計等崗位要求的基礎上,有針對性地進行模塊課程的學習與實踐操作的鍛煉,使學生對于相關的EDA實踐內容真正融會貫通,為今后就業做好充足的準備。第三,根據集成電路設計本科理論課程的教學內容,以各應用軟件為基礎,結合多媒體的教學方法,選取結合于理論課程內容的實例,制定和編寫相應內容的實驗課件及操作流程手冊,如黑龍江大學的“CMOS模擬集成電路設計”和“數字集成電路設計”課程,都已制定了比較詳盡的實踐手冊及實驗內容課件;通過網絡平臺,使學生能夠更加方便地分享教學資源并充分利用資源隨時隨地地學習。
四、搭建校企合作平臺
關鍵詞:張江園區;集成電路設計;企業
中圖分類號:F270 文獻標志碼:A 文章編號:1673-291X(2013)12-0026-04
自1958年美國德克薩斯儀器公司發明了世界上第一塊集成電路以來,作為電子信息行業的核心和基礎,集成電路產業規模迅速擴大,技術水平突飛猛進,這是技術驅動和市場拉動雙重合力的結果。雖然集成電路制造業依然是這個產業鏈的中流砥柱,但值得注意的是近年來設計業異軍突起。張江集成電路產業的發展特點無疑也暗合了這樣的趨勢。雖然張江集成電路設計、制造、封裝測試和設備材料四業均保持了平穩快速的增長態勢,但設計業充分顯示了先導性行業的活力,成為整個產業鏈中增長最快、占比上升最明顯的行業。
一、張江集成電路設計企業的發展優勢
集成電路產業是張江高科技園區的主導產業之一。該產業鏈的形成肇始于2000年底第一家晶圓代工企業——中芯國際的投資建設。一大批芯片設計、制造、封裝、測試及設備材料等上下游企業,在張江 “產業鏈”發展思路和以創新帶動園區建設的主導思想下快速集聚張江,展訊、華虹、格科微、昂寶、AMD、Nvidia和Marvel等一批國內外著名設計企業經歷了多年的快速發展,在移動通訊、3G/4G手機芯片、高清數字電視、智能標簽、綠色電源、數字多媒體等芯片設計領域形成了獨特的發展優勢,主要表現在:
(一)技術水平加速提升
作為產業鏈中技術含量最高的設計業,生存和發展的根本動力在于技術創新。
張江園區一批具有競爭力的自主創新設計企業,通過技術創新和商業模式創新已成為各自細分領域的引領者,部分領軍企業設計研發的產品已達到國際先進水平。2011年初,展訊推出了全球首款40nm低功耗商用TD-HSPA/TD-SCDMA多模通信芯片,這款芯片的研制成功,標志著張江園區手機芯片設計水平首次達到世界一流水平。又如深迪半導體開發的一款陀螺儀產品—SSZ030CG,標志著第一款具有中國自主知識產權的商用MEMS陀螺儀的誕生,打破了歐美及日本對這一高科技領域的技術壁壘。
經過多年的努力,張江集成電路設計企業相繼實現了技術乃至應用領域的新突破。設計企業研發的基帶、射頻、圖像傳感器、功率放大器、能源計量等20多類芯片被廣泛應用于手機、智能卡、數字電視、汽車電子、智能電表和水表等消費電子和工業電子領域。越來越多的設計企業從單一的技術或產品開發向系統方案集成和終端產品開發轉變。
(二)銷售收入持續增長
張江集成電路設計企業已由初創期轉入成長期,持續快速增長正是IC設計企業進入成長期的重要標志。
2010年,在全球和國內集成電路產業全面復蘇的背景下,張江設計業呈現全面爆發式的增長,實現銷售收入66.1億元,同比增長56%。2011年,即使在半導體行業不景氣的情況下,張江設計業依然實現銷售收入95.7億元,首次超過芯片制造業,同比增長44.8%,是四業中增速最快的行業,遠高于國內30.2%的平均增速。占上海的比重由2010年的58.4%上升為64.1%,占全國比重由18.2%上升至20.2%。
自2004年張江出現首家超億元的設計企業(上海華虹集成電路有限責任公司)以來,每年超億元的設計企業數量不斷增加,2012年已達10多家。其中最為突出的是展訊公司,2011年銷售收入在上一年猛增238%的基礎上再次翻番,達到42.88億元,增速居全球前25大集成電路設計企業首位。
(三)資源整合步伐加快
并購重組現已成為設計企業在短期內快速實現業務整合,彌補技術短板的最佳方案,這也是世界集成電路發達國家和地區的普遍規律。
張江集成電路設計企業順應國際半導體行業及相關領域兼并重組的發展趨勢,通過產業鏈上下游企業間的并購重組,克服單一企業進入市場的障礙,加速進入高端芯片市場。例如聚辰半導體與美凌微電子以股份置換的方式進行合并,發揮雙方在智能卡芯片、模擬和混合信號集成電路產品方面的優勢,融合數字和模擬技術,打造國內模擬IC市場的巨頭。再如銳迪科在布局基帶芯片領域的同時,獲得泰鼎一項IP特許和開發協議,可以開發生產和銷售派生版本的數字電視SOC平臺,這也意味著銳迪科將進入數字電視市場。
張江集成電路設計企業通過兼并重組,實現強強聯合,既保存了企業實力,延伸拓寬了產業鏈;又推動了企業做大做強,增強了市場競爭力。
二、張江集成電路設計企業的發展瓶頸
張江園區是中國集成電路設計企業最為集中,技術水平相對較高,所有制形式最為多樣化的產業基地。但在張江落戶的設計企業,總的來說,還處于成長階段,企業規模小,盈利能力不足,產品線單一,缺乏核心技術和自主品牌。張江大多數設計企業發展后勁乏力的主要原因在于:
(一)政策限制挫傷企業發展活力
政策支持在集成電路產業發展中的重要作用不言而喻。2000年的國發18號文開啟了國內集成電路產業發展的黃金十年。但近年來,政策的諸多限制,抑制了芯片設計企業乃至整個產業鏈的良性發展。
首先,由于財稅[2000]25號文對“集成電路設計企業”的定義,導致許多設計企業在工商登記后,稅務機關不認可其為生產型企業,拿不到加工手冊,無法實現出口退稅。當設計企業設計的芯片需要在境內加工時,只能通過境外公司下訂單,并通過國外公司銷售。而張江的設計企業僅僅成了設計中心。
其次,中國自2005年4月1日起停止執行財稅[2002]70號第一條即增值稅實際稅負超過3%的部分實行即征即退政策,致使設計企業在尚未銷售產品前,須先交付芯片制造、封裝和測試等各個加工環節17%的增值稅,從而造成設計企業流動資金周轉困難。而其他采用增值稅制的國家和地區,如新加坡為3%,中國臺灣為5%,韓國為10%,都較國內低。設計企業為了避免資金占壓,只能迂回境外下單加工。此外,由于進口芯片可以免稅,境內客戶便不愿采購境內設計企業芯片,造成境內設計企業不能實現本土銷售。
張江一批設計企業因受政策影響,在完成設計后不得不轉移到境外生產和銷售,造成銷售額、利潤和稅收大量流向境外,使張江的芯片代工企業和封裝測試企業得不到設計企業的訂單支持,既阻礙了以設計企業為“龍頭”推動集成電路產業全面發展的趨勢,也使國家稅收遭受巨大損失。
(二)融資困難束縛企業發展規模
集成電路產業是一個技術密集、資金密集和人才密集的產業,對于投融資環境的要求較其他產業更為迫切。然而,集成電路設計企業的特殊性,使其融資之路較其他產業更為艱難。
首先,中國的投融資渠道比較單一,國內銀行體系重點關注的是回報率穩定、資產風險小的行業和大型國有企業。而大多數設計企業無廠房、設備等固定資產,其資產輕、規模小、歷史短的特征,不符合傳統意義上的銀行放貸標準。近年來,雖然有些銀行推出了以知識產權等無形資產獲取信用貸款的金融產品,但由于知識產權質押登記流程長,耗時久,加上一般高新技術較為尖端,其市場價值和發展前景難以為金融機構人員理解和評估。銀行為了規避自身風險,不愿從根本上突破現有的評估模式,所以真正通過知識產權質押獲得銀行貸款的企業少之又少。
其次,雖然設計企業可以選擇國內或海外上市,但國內上市門檻高,使眾多設計企業望而卻步。如主板市場需要連續三年盈利,中小板需要連續兩年盈利,創業板需要最近三個會計年度凈利潤均為正數,且累計超過3 000萬元。而海外上市手續復雜、成本高,加上國際影響力不夠,能夠成功上市的僅屬業中翹楚,中小型設計企業根本無法企及。此外,雖有政府扶持資金,但審核周期長,有時要超過一年,根本無法在企業最需要資金的時候雪中送炭。
融資困難一方面使眾多的設計企業發展規模受阻;另一方面無力投入高新技術研發,致使產品附加值不高,只能在國內低端產品市場競爭,前景堪憂。
(三)人才缺失制約企業發展潛力
集成電路設計業是產業鏈中人才密集度最高的行業,如何更好地利用現有人才激勵政策、戶籍政策來吸引人才,留住人才,用好人才,是助推設計企業發展的關鍵。
一般來說,集成電路設計企業引進的研發高端人才大多來自海外,收入相對較高。然而根據中國現行的個人所得稅法的相關規定,這些人才收入的征稅率相較于其在國外繳納的所得稅來說要高出許多。據統計,一位年薪10萬美元的美籍工程師,按照美國稅法以及其撫養子女、購房貸款和贍養父母的抵扣規定,其實際繳納的總稅率僅為10%~15%。而按照中國個人所得稅法,實際繳納的總稅率至少達35%,根本不利于設計企業高端人才的引進,也降低了該類人才留在國內發展的穩定性。
同時,受上海戶籍制度的限制,許多優秀的外地人才被拒之門外。雖然有居住證制度,但與戶籍享有的權利和保障存在明顯差異,尤其在子女教育問題上。更重要的是居住證遠沒上海戶籍那樣讓人產生安全感與歸屬感。許多優秀的外地人才只能到上海周邊地區——戶籍政策門檻相對較低的蘇、杭州等地,尋找個人價值的發展空間。此外,上海作為全國最發達的現代化城市,生活成本居高不下。根據英國經濟學人智庫最新一期“全球生活成本指數”排行榜,上海已與紐約基本看齊,大陸第一,全球第三十,遠高于內地城市的生活成本,不僅令未來者望而卻步,也令已居者萌生去意。
上海日趨緊張的用人環境和設計企業成倍增長的人才需求形成巨大的供需矛盾,招聘人才難,人才流失嚴重已成為制約設計企業發展不容忽視的關鍵因素。
三、張江集成電路設計企業發展策略
集成電路設計業是集成電路產業中最具活力和最富發展潛力的行業,是集成電路產業技術水平的集中體現,也是中國集成電路產業發展的重中之重。如果設計業發展滯緩,不僅牽制集成電路市場的擴展,也嚴重影響芯片制造和封裝測試等整個產業鏈的發展與穩定。因此,采取一些有突破性的措施來迅速改善集成電路設計業的現狀,對推動集成電路整個產業鏈的發展十分重要。
(一)構建以設計企業為“龍頭”的集成電路產業鏈保稅監管新模式
首先,將設計企業視同于將產品制造外包的集成電路生產型企業,使其可以享受產品出口退稅,鼓勵設計企業將流片加工和銷售重返境內。目前,集成電路生產制造有兩種方式,一種是英特爾、德州儀器公司等企業采用的IDM(集成器件制造商)方式;另一種是以垂直分工為主要特征的集成電路產業鏈方式,主要由集成電路設計公司(Fabless)、芯片代工企業(Foundry)、封裝測試企業(Assembly&Testing)分別完成。中國臺灣地區、新加坡、韓國等均是通過后一種方式參與集成電路產業的國際分工。中國集成電路產業也是借助于這種方式得以迅速崛起。因此,對集成電路設計企業的認識不應僅停留在設計服務層面上。實際上,Fabless才是集成電路設計企業的主流商業模式。Fabless的準確含義是沒有芯片廠的半導體公司。如果在政策層面能夠將設計企業定位于生產型企業,設計企業享受免抵退政策也就順理成章了。
其次,參照臺灣新竹的成功經驗,將集成電路產業進行全程保稅,即保關稅和增值稅。對經認定的集成電路企業,無論是集成電路設計、生產、封裝、測試企業還是集成電路設備和原材料生產企業,在其從事集成電路產業相關經營活動中,給予保稅政策。當這些企業的產品實現國內銷售,就按國內銷售征稅;若產品出口,則免于征稅。如果張江集成電路產業能夠參照國際通行做法,對設計企業設計的芯片在生產加工過程中不征收增值稅,那么它對帶動芯片制造、封裝測試、設備制造和軟件開發等各個環節的跨越式發展有著不可估量的作用,它可以使整個產業鏈上繳給國家的稅收呈幾何級、跳越式增長。
(二)搭建投融資專業化金融服務平臺,助力設計企業發展騰飛
首先,根據張江設計企業特性和發展階段,開發多層次、多品種的金融產品,以適應不同特點和階段的企業融資需求。對于處在研發階段的初創型企業,引入張江小額貸款、融資租賃和融資擔保等;對于產品處于研發階段的企業,則從“投貸聯動”入手,引入私募基金、風險投資等。同時,加大推進張江已經實施的“銀政合作”項目,按照“風險共擔、限額補貼、征信先行、專業運作、監管創新”的原則,以企業融資信用信息征集為基礎,不斷引入多家商業銀行共同參與,支持銀行擴大放貸規模,對解決企業融資問題有突出貢獻的機構給予風險補償和獎勵。一方面,銀行通過提高抵押融資比例、豐富質押融資手段、加快審批速度、優化信貸結構,為企業提供銀行融資;另一方面,政府通過風險共擔、梯度獎勵等激勵措施,增強銀行放貸信心。有了政府的擔保抵沖壞賬額度,銀行的放貸規模成倍放大,一些原本不符合銀行放貸條件的企業可以因此得益,從而解決設計企業在發展過程中的融資難題。
其次,幫助設計企業進入多層次資本市場,促使企業創新與資本運作有機結合。對有改制上市意愿的企業,邀請券商等專業中介機構進行不同資本市場的專題培訓或上門個別輔導,從公司治理、內部控制、股權激勵、商業模式設計等多角度全面分析企業發展之路,有針對性地幫助企業提高上市融資實務操作技能,使之充分了解企業自身發展現狀,選擇最佳上市板塊。尤其是要幫助設計企業充分認識到“新三板”作為多層次資本市場的組成部分,可成為有創新能力和發展潛力企業可持續發展的重要加速器。同時,鼓勵設計企業進入OTC中心掛牌交易,對交易各方給予引導和支持,為科技型企業早期融資創造條件。
(三)推動創新人才政策,營造聚才、育才、用才的良好環境
首先,以張江建設國家自主創新示范區為契機,推進和落實“張江創新十條”政策。設立以國資為導向的“代持股專項資金”,實施股權激勵。對符合股權激勵條件的團隊和個人,給予股權認購、代持及股權取得階段所產生的個人所得稅代墊等資金支持。推行“張江聚才計劃”,加速高端人才集聚。建立以市場化的角度、企業家的眼光為導向的全新人才評價方法,以實踐和貢獻為出發點來衡量人才。設立“張江創新人才獎勵資金”,通過評價方式、評價標準和激勵方式的創新幫助企業吸引和留住關鍵、骨干人才。還可借鑒一些國家或地區的做法,對貢獻大和特別急需的高層次人才,實施個人所得稅補貼、個人購房貸款貼息及年度嘉獎等激勵政策,來加大企業吸引人才,留住人才的法碼。
其次,不斷優化工作和生活環境,全方位降低人才的創業和居住成本。針對上海高房價對企業引進、留住人才帶來的壓力,加速開發建設價格優惠、配套設置齊全的人才公寓,建造限價商品房,定向配售給符合條件的引進人才、專業技術骨干、管理人員自住。同時,積極拓展優質教育資源,提升園區基礎教育水平,對設計企業創新創業人才,其子女在學前教育、義務教育階段入園入學安排上予以優先照顧,并為外籍高層次人才及其配偶、未成年子女和外籍高端技術人員,申請長期居留許可提供便利。
四、結束語
當今世界正處于電子信息時代,集成電路產業對于改變我們的生活方式,促進全球信息技術發展,提(下轉79頁)(上接28頁)升各國綜合國力具有重要的戰略意義和現實意義。未來的張江,如何把握相關戰略新興產業快速發展的機遇,實現以集成電路設計企業為龍頭,帶動整個產業鏈的快速發展;如何把握建設張江國家自主創新示范區的重大機遇,集聚創新能力,優化產業結構,躋身世界一流集成電路產業競爭行列,任重而道遠。
參考文獻:
[1] 上海市經信委和上海市集成電路行業協會.2012年上海集成電路產業發展研究報告[M].上海:上海教育出版社,2012.
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[3] 朱貽瑋.中國集成電路產業發展論述文集[M].北京:新時代出版社,2006.
―、構建課程體系的總體思路
構建微電子技術專業課程體系的總體思路是以微電子行業職業崗位需求為依據,以素質培養為基礎,以技術應用能力為核心,構建基于工作過程的課程體系。實施學院“四環相扣”的工學結合人才培養模式,將“能力標準、模塊課程、工學交替、職場鑒定”的四個環節完整統一,環環相扣,充分體現了高職教育工學結合的人才培養思想,努力為社會培養優秀高端技能型人才。
1.行業、企業等用人單位調研。通過調研國內“成渝經濟區”為主)微電子技術行業、企業等用人需求和要求,了解現有高職微電子技術專業學生就業情況、用人單位反饋意見及人才供需中存在的問題。電子信息產業是重慶市國民經濟的第一支柱產業。重慶市“十二五”規劃建議提出,培育發展戰略性新興產業。把新一代信息產業建設為重要支柱產業,建設全球最大的筆記本電腦加工基地、建設通信設備、高性能集成電路、光伏組件及系統、新材料等重點產業鏈(集群),建成國家重要的戰略性新興產業基地。以集成電路產業的重點項目為牽引,建成包括芯片制造、封裝、測試、模擬及混合集成電路設計和制造等項目的產業集群,形成較為完善的集成電路產業鏈;四川電子信息產業未來5年將邁萬億元,成渝經濟區將打造成西部集成電路的產業高地。隨著惠普、富士康、英業達、廣達集團等世界級的IT巨頭進入成渝,未來幾年IT人才需求在20萬以上,而現在成渝地區每年培養的相關人才不過2萬人左右,遠遠不能滿足社會需求。市場需求的調查表明,近年來成渝地區IC制造、IC封裝及測試、IC版圖設計等崗位的微電子技術應用型人才緊缺。同時調研表明半導體行業企業卻難以招到滿意的人才,學生在校學非所用,用非所學,實踐動手能力、社會適應能力、責任意識、職業素養難以滿足企業要求。
2.基于工作過程的課程體系的理論基礎。基于工作過程的課程體系的理論基礎,主要從德國“雙元制”職業教育學習論和教學論的角度闡述構建基于工作過程的課程體系的理論依據。工作過程系統化的課程體系必須針對職業崗位進行分析,整理出具體的、能夠涵蓋職業崗位全部工作任務的若干典型工作過程,按照人的職業能力的形成規律進行序列化,從中找出符合職業崗位要求的技術知識和破譯出隱性的工作過程知識,并以工作任務為核心,組織技術知識和工作過程知識[2]。通過完全打破原有學科體系,按照企業實際的工作任務、工作過程和工作情境組織課程,形成圍繞工作過程的新型教學項目的“綜合性”課程開發。
3.形成專業定位,確定培養目標。根據存在的問題及半導體產業鏈過程:集成電路設計—裸芯片精細加工^封裝測試—芯片應用—PCB設計制造,充分掌握現有微電子技術專業課程體系建設的基礎及存在的問題,形成重慶電子工程職業學院微電子技術專業定位,確定培養目標:培養德、智、體、美全面發展;掌握微電子技術專業領域必備的基礎知識、專業知識;有較強的崗位職業技能和職業能力;面向集成電路設計、芯片制造及其相關電子行業企業,滿足生產、建設、服務和管理第一線的優秀高端技能型專門人才。畢業生應該既掌握微電子方面的基本技術,又具有很強的實際操作能力。具體可從事崗位:集成電路版圖設計;半導體器件制造;IC制造、測試、封裝;電子工藝(半導體)設備運行、維護與管理;簡單電子產品的設計與開發;電子產品的銷售與售后服務,并為技術負責人、項目經理等后續提升崗位奠定良好基礎。
二、構建基于工作過程的學習領域課程體系
對專業核心課程的構建采用“微電子行業專家確定典型工作任務—學校專家歸并行動領域—微電子行業專家論證行動領域—學校專家開發學習領域—校企專家論證課程體系”的“五步工作機制”,實現校企專家共同參與課程體系設計。通過工作任務歸并法,實現典型工作任務到行動領域轉換,通過工作過程分析法,實現從行動領域到學習領域轉換,通過工作任務還原法,實現從學習領域到學習情境轉換的“三階段分析法”,構建基于工作過程的微電子技術專業課程體系和教學內容,獲得人才培養目標、課程體系、課程教學方案“三項主要成果”。即“533”課程設計方法。
1.確定行動領域。工作過程系統化課程是按照工作過程要求序化知識、能力和素質,是以工作過程為參照物,將陳述性知識與過程知識整合、理論知識與實踐知識整合,在陳述性知識總量沒有變化的情況下,增加經驗以及策略方面的“過程性知識”3]。對典型工作任務進行歸納,確定行動領域。將本專業52個典型工作任務歸納為6個行動領域,即集成電路版圖設計、晶圓制造、集成電路芯片制造技術、芯片封裝、芯片測試、SMT技術。
2.確定典型工作任務。所謂典型工作任務是指一個復雜的職業活動中具有結構完整的工作過程,它是職業工作中同類工作任務的歸類,能表現出職業工作的內容和形式,并具有該職業的典型意義。我院召集企業專家和工作在一線的工程師、技術員,與學院的微電子技術專業教師一起,召開課程開發座談會,進行微電子技術課程體系開發:以“集成電路(版圖)設計—晶圓制造—封裝測試—表面貼裝”工作過程為主線,與行業企業一線技術骨干、專家解析微電子技術專業崗位中版圖設計師、半導體芯片制造工、IC測試助理工程師、SMT工程師、FPGA助理工程師等典型崗位,得出行動領域所具有的專業素質、知識與能力。
3.將行動領域轉化成學習領域。對完成典型工作任務必須具備的基本職業能力(包括社會能力、方法能力、專業能力)進行分析。通過歸納形成專業職業能力一覽表。這些職業能力就是學習領域(即課程)中學習目標制定的依據。打破原有16門專業理論課程和9門實踐課程組成的課程體系,按照以工作過程為導向,進行課程的解構與重構,將6個行動領域轉換為9個學習領域,即集成電路版圖設計、集成電路芯片制造技術、微電子封裝與測試、表面貼裝工藝與實施、電子線路板實用技術、電子測量儀器使用與維護、語言、單片機應用技術、FPGA應用技術及實踐。根據微電子技術專業崗位群的職業能力和工作過程要求,重新構建基于工作過程的課程體系。第一、二學期:電路分析、電子技術等基礎課程;第三、四、五學期:集成電路制造技術、電子測量儀器使用與維護、FPGA應用開發實用技術、微電子封裝與測試、SMT技術、集成電路版圖設計等專業核心課程。
4.形成學習情境模式。學習情境是實施基于工作過程系統化的行動導向課程的教學設計,由教師根據學校教學計劃,結合學校的教學設施條件、教師執教能力和專長,由教師按照“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”的行動方式來組織教學,從而促進學生對職業實踐的整體性把握4]。微電子技術專業核心課程形成的學習情境模式為:①集成電路版圖設計課程以任務為載體形成6個學習情境:N/PM0S晶體管版圖設計、反相器、與非門、或非門版圖設計、觸發器版圖設計、電壓取樣電路版圖設計、比較器版圖設計、DC-DC版圖設計;②集成電路芯片制造技術課程以設備為載體形成8個學習情境:集成電路芯片制造技術工藝流程、硅晶圓制程、硅晶薄膜制備、氧化工藝、摻雜技術、光刻工藝、刻蝕工藝、集成電路芯片品檢;③微電子封裝與測試課程以工藝為載體形成4個學習情境:DP封裝、BGA封裝、CSP封裝、MCM封裝;④表面貼裝工藝與實施課程以工藝流程為載體形成5個學習情境:SMT工藝流程的基本認知、表面貼裝生產準備、表面貼裝設備操作與編程、表面貼裝品質控制、SMT生產線運行及工藝優化5個學習情境;⑤電子線路板實用技術課程以項目為載體形成3個學習情境:單面板的制圖與制板、簡單雙面板的制圖與制板、復雜雙面板的制圖與制板;⑥電子測量儀器使用與維護課程以電路設備為載體形成9個學習情境:收音機元件準備、收音機電路測試、收音機電路工作狀態檢測、收音機整機調整、收音機裝調使用儀器的保養與維護、電視機元件檢測、電視機電路檢測、電視機的質量檢查、電視機裝調使用儀器的保養與維護;⑦C語言課程以項目為載體形成6個學習情境:編程的基本概念、C語言上機步驟C語言上機步驟、算法的概念、基本數據類型、結構化程序設計、函數的概念;⑧單片機技術及應用課程以任務為載體形成6個學習情境““跑馬燈”電路分析與實踐、單片機做算術、邏輯運算并顯示、開關信號狀態讀取與顯示電路的制作、交通信號燈電路的設計與制作、產品數量統計電路的設計與制作、兩臺單片機數據互傳;⑨FPGA應用技術及實踐課程以項目為載體形成6個學習情境:課程概述、基于QualusII的原理圖輸入設計、宏功能模塊應用、基于QuarusII軟件的VHDL文本輸入設計、VHDL設計、實用狀態機設計。
三、試點實施效果分析
在教學實施上,重點是加強教師執教能力:教師在教學中的角色應由主宰者轉化為引導者。教師應該主動地引導、疏導和指導學生,學生可以根據自己的興趣愛好,在教師的指導下,充分利用各種資源,相互協作開展對某一問題的學習探討,從而獲得新知識,得到探索的體驗及情感,促進能力全面發展。經過我院近3年的教學實踐,課程教學效果得到顯著提高,學生專業核心能力、崗位適應能力、社會能力顯著提高,“雙證書”提高到100%,專業對口率從原來的48%上升到92%,用人單位滿意度達90%以上。
高職院校在辦學過程中要形成特色鮮明的高職辦學模式,課程體系是重要的載體。辦學特色正是通過課
程體系的實施來實現的。基于工作過程系統化的課程體系,跟隨產業的發展,調整專業的課程設置,符合職業崗位要求,學生技能顯著提升,同時結合我院的辦學特色,努力探索基于工作過程的高職微電子技術專業課程體系的構建思路和構建策略。
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關鍵詞:現代;光纖通信;光電集成;路集成電路;設計分析
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)24-0042-02
Abstract: in today's society is the information of the rapidly developing society, all kinds of high and new technology emerges unceasingly, the communication system is particularly important, communication system and the integrated circuit has been inseparable. How to make use of integrated circuit technology to design high performance integrated circuit of the electronic information technology industry is an urgent need to solve the problem. This article will briefly introduced the optical fiber communication optoelectronic integrated circuit design and analysis process.
Key words: modern; optical fiber communication; photoelectric integration; road integrated circuit; design and analysis
隨著國家的發展,社會的進步,人類的生活已經離不開通信方式了,各種各樣的交流活動都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑,只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個地方,就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對來說特別落后,時間也會非常地久。而現代的通信方式中,電話通信是應用最廣泛的一種。
1 什么是光纖通信
近幾年來,隨著技術的進步,電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放,光纖通信的發展呈現了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式,利用廣播實現信息的傳送。光纖通訊就是以光導纖維作為信號傳輸介質的通訊系統。具有抗干擾性好,超高帶寬等特點。
如今社會我們使用的光纖通信有許多的優點,例如,它可以傳輸頻帶寬、通信容量大;傳輸損耗低、中繼距離長;線徑細、重量輕,原料為石英,節省金屬材料,這樣一來,節約了許多資源和能源,有利于資源合理地開發和使用;絕緣、抗電磁干擾性能強;還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優點,同時它也可以用在特殊環境或者軍事行動中。
光纖通信的原理是:在發送端首先要把傳送的信息變成電信號,然后調制到激光器發出的激光束上,使光的強度隨電信號的幅度變化而變化,并通過光纖發送出去;在接收端,檢測器收到光信號后把它變換成電信號,經解調后恢復原信息。
隨著信息技術傳輸速度日益更新,光纖技術已得到廣泛的重視和應用。在多微機電梯系統中,光纖的應用充分滿足了大量的數據通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術在電梯上的應用,大大提高了整個控制系統的反應速度,使電梯系統的并聯群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。
2 集成電路的實現
集成工藝技術也就是在最近的一二十年取得了飛速的發展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小,集成電路的集成速度也在不斷地提高。發展迅速的集成電路工藝技術為通信系統的發展奠定了堅實的基礎。當下,利用光電集成電路實現的光的發射和接收裝置已經被各個實驗室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了,這就是光電集成電路速度越來越快的原因。
3 光纖通信現狀
光纖通信技術的發展帶動了光纖產業的進步。想要實現光發射與光電集成電路是非常容易的,但是想要實現高速系統的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號是狹窄的,所以可以使用混合集成工藝來實現毫米波系統,我們可以這樣來設計集成電路及其組成部分,使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右,即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外,例如激光驅動、時鐘恢復、數據判決、復接、光接收放大等各種類型的模擬、數字、混合集成電路依然可以輕松實現,這是因為電路也可以設計成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實現高速光發射機與接收機的真正困難所在是激光二極管和光檢測器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管,他的非線性無法進行混合集成的。沒有合適的匹配網絡將基帶數據信號從激光二極管連接到驅動器或者從光檢測器連接到前置放大器上,就會大大地降低了系統的操作性能。這樣相比利用光發送和光接收的集成電路來實現是十分簡便的。利用光集成電路實現光發射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰性的,制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的。現在制造高速光發射和接受光電集成電路在光傳輸系統中是十分必要的。這個設計工藝的難點在于要形成材料,即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料,此外還要設計出光電集成電路。現實很殘酷,大家仍需努力。
4 光電集成電路
光發射機光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅動電路構成的。集成電路其中包括了電子元器件結構的生長、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造,其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長的襯底上,大概需要三個工序來集成光電集成電路,分別為制作激光二極管、制作電子電路、進行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管,激光二極管的P型區域歐姆接觸層通過 蒸發形成金屬狀態,隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區間,然后進行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區區間,最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程,直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機構和激光結構,形成一種薄膜電阻,從而形成第一金屬層和空氣橋兩個連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區,采用第一金屬層連接激光二極管的N區,這樣就能很好地實現激光二極管和電子電路層的連接。這就實現了一個量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的,目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術尚未成熟,只能用解離的方法來完成,所以說集成激光驅動器電路還有很大的空間有待開發。
光電集成電路分別是由光檢測器、前置放大器以及主放大器構成的,這其中包括數據判決器、時鐘恢復和分接電路。光檢測器的集成是光電集成電路中最重要的一個部分,而金屬-半導體-金屬光檢測器(MSM)因為只需要少步驟的追加工藝,和如名字一般較為實惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測器和p-i-n被廣泛運用的同時也被單片集成光接收機廣泛的使用著。
在設計中第一級為基本放大單元,是共源放大電路且帶有源負載,電阻的反饋由電壓并聯負反饋,電平位移級使用的是兩級源級跟隨器,它被接入到后面,與此同時,又需要引進一個肖特基二極管,這樣就起到了一個降低反饋點的直流電平所特需的水平的作用,達到了這樣一個效果后,在偏低壓的條件下,電路同樣可以正常工作。
5 主要工藝流程
第一步,我們要準備好充足的材料,對材料進行結構和參數方面的設計計算,并確定材料的外延生長,來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步,對PD臺面進行腐蝕,首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層,把MSM保留在芯片上,即通過把PD臺面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進行器件的隔離工作,仍然使用臺面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來,想要實現比較好的隔離效果就一定要準確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護芯片的工作了,在芯片表面沉淀一層介質,這樣不僅保護了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質。
6 結束語
光纖通信技術作為通信產業中的支柱,是我們現如今社會中使用最多的通信方式。即使在現在的社會當中,光纖通信技術得到了十分穩定有效的發展,但是現在科技發展如此之快,越來越多的新技術涌現出來,我國的通信技術水平也得到了明顯的改善與提高,光纖通信的使用范圍和價值也在悄悄地擴張。但是光纖通信技術為了迎合網絡時代,必須有更高層次的發展,才能占據市場的主流地位。我相信隨著光通信技術更加深入地發展,光纖通信一定會對整個通信行業甚至社會的進步起到舉足輕重的作用。
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【關鍵詞】競賽;集成電路;教學改革
Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit
GENG Shu-qin HOU Li-gang WANG Jin-hui PENG Xiao-hong
VLSI & System laboratory Beijing University of Technology Beijing,China 100124
Abstract:Teaching 21stIntegrated circuit student is history task for teachers.Inspiration of 2011’Beijing Student Competition on Integrated Circuit is presented such as correct idea,right organize procedure,a steady preparation,corporation between university and company,teaching methods.The result of practice is that competition on Integrated circuit can push the procedure of cultivating of student,can push Quality Education,can advance the ability of theory and practice,can improve the ability of resolve problem,can cultivate the spirit of creativity,can enhance the ability of Team Corporation.It leads the point of teaching methods reformation.The student ability of plot and circuit design is increased.
Keywords:competition;Integrated circuit;teaching reformation
集成電路在社會發展中扮演著非同尋常的角色,幾乎滲透到了各行各業。隨著全球經濟一體化的發展,集成電路的制造與開發中心正逐步向我國轉移。我們肩負重大的歷史使命,是要把我國建設成為集成電路的生產大國進而成為集成電路強國[1]。因此培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京華大九天軟件有限公司致力于開發自主產權的EDA軟件,提供高端的SoC解決方案和一站式設計生產服務,為培養集成電路設計人才提供了很好的軟件平臺。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。對學生來說,競賽為他們提供了一個開闊眼界、互相學習和交流的好機會,這是任何課堂教學都無法替代的;對指導老師來說,競賽可以促進他們轉變陳舊的教學理念,改進落后的課程體系,積極尋求新的教學模式,真正做到教學目標、教學內容和教學方法與時俱進,切實達到面向應用、面向市場、面向社會并最終為社會提供優秀專業人才的最高教學目標[2]。實踐表明,開展大學生集成電路設計競賽,對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義,同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起了一定的引導作用,極大的強化了學生繪制版圖和電路設計能力。本人有幸帶領學生參加了此次比賽,獲得了一些啟示。
1.立足現實,拓寬應用
本次大賽的活動宗旨是豐富微電子學專業學生的專業知識,培養學生理論聯系實際、獨立思考和操作能力,鞏固和加深所學專業知識基礎,推動京津地區高校微電子學專業的交流和發展,并對國產正版EDA軟件的普及和應用起到積極推動作用。
2011年北京大學生集成電路設計大賽分成大學本科和研究生兩個級別(本科生組33個組;研究生33個組),每組3人,進行筆試和上機操作。比賽相關規則:筆試階段,采用閉卷形式,由各參賽隊員獨立完成,最終成績計入小組總分;上機操作,以小組形式參加。
2.正確的指導思想
電子學會組織的此次大學生集成電路大賽立足高,緊密結合教學實際,著重基礎、注重培養實踐能力的原則為大賽成功舉行樹立了正確的指導思想。
“華大九天杯”集成電路大賽凝聚了各級領導、專家、學者和我校學科部領導、老師及每個參賽隊員的心血與汗水。在比賽的前后,我們的指導思想是:參賽獲獎不是最終目的,深人持久地開展教育教學改革,充分調動學生學習積極性,吸引更多的學生參加各類競賽和科技活動,培養更多的優秀專業人才,才是我們的努力方向。集成電路大賽引來了眾多企業,他們對參賽學生的青睞,對于與學校合作的重視,也正是我們學校所渴求的。在參賽中與同行各企業充分交流,學校與企業的緊密結合,才能更清楚市場對優秀畢業生的要求,進而能明確培養目標,并在平時的課程教學中加以滲透,在教學中不斷改進;在參賽中與其他兄弟院校充分分享經驗,不斷學習別人的長處,分析參賽中暴露的共性問題,在教育教學中不斷改進;在參賽中提高教師的指導水平和改進教育教學方法;在參賽中提高學生的綜合素質,培養大批適應現代化建設需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才,才是我們參加北京大學生集成電路設計競賽的最終目的。
3.準備認真,重在過程
承辦方北方工業大學周密的準備工作和熱情的服務為大賽成功舉行創造了良好的外部環境。北方工業大學和華大九天公司組織的集訓為成功參賽奠定了扎實的基礎。
在學科部領導和各位老師的努力下,在實驗室老師的大力協助下,在華大九天公司培訓人員的大力支持下,我們組織了兩個階段的集中培訓,并在培訓的基礎上進行了有針對性的輔導練習,并在參賽前舉行了預賽。這些環節對學生和老師起到了很好的引導和督促作用,保證了良好的訓練環境,營造了積極向上的參賽氛圍。
在電子競賽的準備過程中,適逢暑假,假期長,學生們可以充分利用暑假時間認真復習電子器件、數字電子電路、集成電路分析與設計等課程的理論知識。同時,學生們還學習華大EDA軟件,進行實際電路和版圖繪制上機練習,培養了理論聯系實踐的學風。通過競賽準備,學生需要綜合運用所學知識,解決競賽中遇到的各種問題,提高了運用理論知識解決實際問題的能力。通過競賽準備,磨合了小組間的默契配合和分工,增進了師生情誼,提高了團隊作戰能力。通過競賽準備,找出了自己在知識上的不足,明確了社會的需要、工作崗位的需要和工作性質,樹立了新的奮斗目標,產生了學習新的動力。
4.參賽對嵌入式系統和集成電路設計教學改革的啟示
北京大學生集成電路設計競賽對于培養學生參加實踐的積極性、理論聯系實際的學風和團隊意識有著重要作用,競賽給學生提供了一個施展才華、發揮創新能力的機會和平臺。并對高校集成電路設計課程的教學內容和電子科學與技術的課程體系改革和學生今后工作起到一定的引導作用。
4.1 知識整合的系統教學思想
自從1958年基爾比發明集成電路以后,集成電路一直按照摩爾定律的預測飛速發展。面對集成電路如此迅猛的發展形勢,教學工作也要與時俱進,不斷改革創新。我承擔《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程,深深體會到微電子專業的學生學習嵌入式系統與其他專業有所區別,因為芯片的設計方向日益朝著片上系統SOC、片上可編程系統SOPC的方向發展[3]。學生不僅需要有系統的概念[4],同時需要對典型處理器體系結構有清晰的理解,在設計SOC芯片時才會有系統的設計思想[5],又會對處理器內部體系架構有清晰的概念。因此,在對微電子專業的學生講授嵌入式系統時,要緊密結合集成電路設計的要求,結合集成電路分析與設計、數字電子、模擬電子、電子器件等課程的內容,使學生不僅對處理器結構體系清楚,更熟悉各模塊電路,如ALU單元電路、筒形移位器、乘法器、寄存器、SRAM、DRAM單元等等。在處理器的,培養學生系統的概念,掌握外部單元電路,如存儲器單元電路、系統總線單元、SPI、IIC、UART等等接口電路,從使用者的期望角度出發,來進行芯片的設計,既是使用者,又是設計者。學生在學習集成電路設計的課程時,緊密結合嵌入式系統中的系統體系結構、結合處理器內部的體系結構,具有整體的大的系統性設計概念,整合學生對各個課程的分離的知識內容,培養綜合運用所學知識解決系統問題。通過增加實驗和上機課時,提高學生將理論與實踐緊密結合,培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。
4.2 改革傳統的教學模式
我國的大學課堂教學模式長期以來被德國教育家赫爾巴特的“四段論”與前蘇聯教育家凱洛夫的“五環節”所主宰,在新的教育環境和教育目標下,他們所倡導的課堂教學結構和施教程序越來越明顯地暴露出它的弊端,最突出的是“以教代學”的陳腐教學思想和“注入式”、“滿堂灌”的落后教學方法.這種“以教師為中心,以教材為中心”的課堂教學,決定了學生在整個教學過程中所處的被動地位,很大程度地禁錮了學生的創造性思維,對學生自學能力、實踐能力和創新能力的培養構成了嚴重的障礙[2]。
現代教育理論指出:指導學生從實踐和探索中通過思考獲取知識,又在解決問題的探索活動中,運用已獲得的知識和技能是培養智能的最好途徑。
本次競賽上午閉卷完成理論知識的考試。本科生的上機操作內容是根據提供的狀態圖設計一個計數器電路,然后進行原理圖的繪制,再次進行版圖繪制,進而進行DRC、LVS等環節驗證,并撰寫設計報告。學生需要利用數字電路中所學的狀態表,構造出邏輯關系式,運用卡諾圖化簡得到最簡電路,最后再繪制單元電路,設計出具體的CMOS電路和版圖,并進行驗證。同時還需要構造出計數器所需的時鐘電路。在上機的開始一個半小時中,指導老師可以參與指導,這樣增加了比賽中老師對學生的限時指導內容,更有利于學生的競賽,符合培養人才的現論要求。
學生基本上完成了從需求分析、電路設計、繪制電路、(仿真)、版圖繪制、驗證到撰寫報告等環節。通過競賽,使學生能親自感受一個簡單的集成電路設計流程,培養了學生的系統設計概念。學生從早晨9點一直進行到下午六點,在短短的一天內要完成筆試和7個小時的上機電路繪制和驗證等工作,小組成員只有密切配合,充分發揮各自的優勢,保持堅韌不拔的精神,才能取得最終的勝利。這種方式非常有利于培養學生的合作精神和團隊精神,鍛煉了學生的毅力和體力。
施教之功,貴在引導。可以看出,競賽在很大程度上符合現代教育理論的要求,符合學生的認知規律。以學生為主體、教師為主導的教學模式正是以傳授知識為前提,以形成技能為基點,以培養智能為重心,以全面發展人才為歸宿。在《嵌入式系統》和《集成電路分析與設計》課程教學中,增大課程的實驗內容,學生帶著問題,進行學習,進行思考、小組討論,經老師點撥,實現了運用所學理論解決實際問題的過程,既培養了學生的綜合能力,又完成了教學任務,符合現代教育論的要求。
施教之旨,在于培養學習方法和思維方式,培養獲取新知及再創造之本領。將學生分成小組,布置某一命題,發揮學生的主動性,引導他們查閱資料,分析歸納總結,并在課堂中進行報告或實驗演示。學生反映效果很好,獲取了知識,又培養了學生自學能力和主動獲取知識的方法。
5.引導學生參與科研,撰寫學術論文
通過大賽引導大學生形成一股扎扎實實的學習和研究的風氣。激發學生在專業領域的學習興趣,參與到老師平時的科研中,增加動手實踐的機會。并在科研中進一步培養學生的研究興趣,形成良性循環。對于取得的研究成果,可以引導學生撰寫論文,并能在廣大同學中起到表率作用。
6.結束語
培養二十一世紀集成電路設計人才是我們教師面臨的歷史任務。北京市2011首屆“華大九天杯”大學生集成電路大賽以充分調動各方面的參與積極性。正確的指導思想、科學的組織程序、踏實認真的準備工作以及大賽對校企合作、對教學改革將產生重要的影響。實踐表明,開展大學生集成電路設計競賽,對于推進我國集成電路人才培養、推進素質教育、理論實踐結合能力、解決問題的能力、培養學生創新精神、團隊協作能力和培養學生的集體榮譽感等方面具有重要意義,同時也對高校的集成電路設計課程和實踐教學改革起一定的引導作用,極大的強化了學生繪制版圖、電路設計能力和集成電路設計思想。
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致謝:競賽工作是由國家自然基金贊助(No.60976028);北京工業大學博士基金贊助(No.X0002014201101,No.X0002012200802 and No.X00020