非微電子專業(yè)集成電路設計課程實踐

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1非微電子專業(yè)開設集成電路設計課程的原則

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)開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業(yè)的學生有電子電路基礎知識，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計階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業(yè)學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業(yè)的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發(fā)展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環(huán)節(jié)。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。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；另一方面，學員了解了該項技術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，對集成電路芯片設計技術的繼續(xù)研究和學習?；A理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業(yè)開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設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計與實現(xiàn)技術上，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、密碼等相關專業(yè)開設集成電路芯片設計技術課程，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）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發(fā)展和趨勢等內(nèi)容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發(fā)展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發(fā)展趨勢和新技術，包括軟硬件協(xié)同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。

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

4）系統(tǒng)集成設計基礎：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（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級芯片架構設計的基礎方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。豐富的實踐操作內(nèi)容

1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，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計能力。

2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設計平臺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、可測性設計等內(nèi)容。

3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設計平臺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計的流程和方法，主要包括后端設計準備、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設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。

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

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

3結語

隨著傳統(tǒng)集成電路設計和生產(chǎn)流程的改變，大多數(shù)芯片設計可以采用無生產(chǎn)線設計和代工廠生產(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計人才需求的逐年提高，在高校非微電子專業(yè)開設集成電路設計技術課程已經(jīng)成為培養(yǎng)相關專業(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，開設了集成電路設計技術相關理論和實踐課程，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)技術知識的集成電路設計人才。

作者：宋克 張帆 沈劍良