非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計課程實踐

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1非微電子專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計課程的原則

在非微電子專業(yè)如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學生有電子電路基礎(chǔ)知識，又有自己本專業(yè)的知識，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設(shè)計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設(shè)計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設(shè)計需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對于這些專業(yè)學生的應用特點，不宜也不可能開設(shè)微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設(shè)計階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計、可測性設(shè)計等）開設(shè)為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設(shè)一到二門集成電路設(shè)計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設(shè)計基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設(shè)置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設(shè)計技術(shù)是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進行電路輔助設(shè)計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計工具，是掌握集成電路設(shè)計技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設(shè)計能力和技術(shù)的講授和實踐，又有對集成電路芯片設(shè)計新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術(shù)；另一方面，學員了解了該項技術(shù)的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設(shè)計技術(shù)的繼續(xù)研究和學習。基礎(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設(shè)的課程，因此在課程講授中不涉及電路設(shè)計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。

2非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計課程實踐

根據(jù)以上原則，信息工程大學根據(jù)具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關(guān)專業(yè)開設(shè)集成電路芯片設(shè)計技術(shù)課程，根據(jù)近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優(yōu)化的理論授課內(nèi)容

1）集成電路芯片設(shè)計概論：介紹IC設(shè)計的基本概念、IC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)、IC技術(shù)的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學員對IC設(shè)計技術(shù)有一個大概而全面的了解，了解IC設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設(shè)計技術(shù)的基本概念；了解IC設(shè)計發(fā)展趨勢和新技術(shù)，包括軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、IC低功耗設(shè)計技術(shù)、IC可重用設(shè)計技術(shù)等。

2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計流程：介紹集成電路產(chǎn)業(yè)的歷史變革、目前形成的“四業(yè)分工”，以及數(shù)字IC設(shè)計流程等內(nèi)容。使學員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計、制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個設(shè)計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優(yōu)化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內(nèi)容。

3）RTL硬件描述語言基礎(chǔ)：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設(shè)計方法等內(nèi)容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計規(guī)則和設(shè)計方法，并通過設(shè)計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調(diào)試能力。

4）系統(tǒng)集成設(shè)計基礎(chǔ)：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統(tǒng)（SoC）、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）的基本概念和集成設(shè)計方法。使學員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級芯片架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。豐富的實踐操作內(nèi)容

1）Verilog代碼設(shè)計實踐：學習通過課下編碼、上機調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設(shè)計能力。

2）IC前端設(shè)計基礎(chǔ)實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設(shè)計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設(shè)計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優(yōu)化、可測性設(shè)計等內(nèi)容。

3）IC后端設(shè)計基礎(chǔ)實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設(shè)計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設(shè)計的流程和方法，主要包括后端設(shè)計準備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評價機制

1）IC設(shè)計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設(shè)計的一些基本知識，如基本概念、基本設(shè)計流程、簡單的代碼編寫等。

2）IC設(shè)計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設(shè)計代碼，要求學員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設(shè)計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設(shè)計和驗證流程。

3）IC設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設(shè)計領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設(shè)計流程中相關(guān)技術(shù)點的深入研究、集成電路設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。

3結(jié)語

隨著傳統(tǒng)集成電路設(shè)計和生產(chǎn)流程的改變，大多數(shù)芯片設(shè)計可以采用無生產(chǎn)線設(shè)計和代工廠生產(chǎn)的方式完成，這種流程為高校集成電路設(shè)計人才的培養(yǎng)提供了低成本的硬件環(huán)境。此外，隨著我國對集成電路設(shè)計人才需求的逐年提高，在高校非微電子專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計技術(shù)課程已經(jīng)成為培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)合格畢業(yè)生的必須。信息工程大學根據(jù)自身軟硬件條件和學生具體專業(yè)情況，開設(shè)了集成電路設(shè)計技術(shù)相關(guān)理論和實踐課程，經(jīng)過兩年的教學實踐，取得良好的教學效果，培養(yǎng)了一批有著豐富專業(yè)技術(shù)知識的集成電路設(shè)計人才。

作者：宋克 張帆 沈劍良