非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)課程實(shí)踐

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1非微電子專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計(jì)課程的原則

在非微電子專業(yè)如計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)化、機(jī)械等專業(yè)開設(shè)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)課程，一方面，這些專業(yè)的學(xué)生有電子電路基礎(chǔ)知識(shí)，又有自己本專業(yè)的知識(shí)，可以從本專業(yè)的系統(tǒng)角度來理解和設(shè)計(jì)集成電路芯片，非常適合進(jìn)行各種應(yīng)用的集成電路芯片設(shè)計(jì)階段的工作，這些專業(yè)也是目前芯片設(shè)計(jì)需求最旺盛的領(lǐng)域；另一方面，對(duì)于這些專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用特點(diǎn)，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(jì)階段的許多技術(shù)（如低功耗設(shè)計(jì)、可測(cè)性設(shè)計(jì)等）開設(shè)為單獨(dú)課程，而是要將相應(yīng)課程整合，開設(shè)一到二門集成電路設(shè)計(jì)的綜合課程，使學(xué)生既能夠掌握集成電路設(shè)計(jì)基本技術(shù)流程，也能夠了解集成電路設(shè)計(jì)方面更深層的技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。因此，在課程的具體設(shè)置上，應(yīng)該把握以下原則。理論講授與實(shí)踐操作并重集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，采用EDA工具進(jìn)行電路輔助設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為集成電路芯片主流的設(shè)計(jì)方法。因此，在理解電路和芯片設(shè)計(jì)的基本原理和流程的基礎(chǔ)上，了解和掌握相關(guān)設(shè)計(jì)工具，是掌握集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。技能培訓(xùn)與前瞻理論皆有在課程的內(nèi)容設(shè)置中，既要有使學(xué)生掌握集成電路芯片設(shè)計(jì)能力和技術(shù)的講授和實(shí)踐，又有對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)新技術(shù)和更高層技術(shù)的介紹。這樣通過本門課程的學(xué)習(xí)，一方面，學(xué)員掌握了一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在有用的技術(shù)；另一方面，學(xué)員了解了該項(xiàng)技術(shù)的更深和更新的知識(shí)，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對(duì)集成電路芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)?；A(chǔ)理論和技術(shù)流程隔離由于是針對(duì)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(jì)的一些原理性知識(shí)，如半導(dǎo)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(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)上，這樣非微電子專業(yè)的學(xué)生能夠很容易入門，提高其學(xué)習(xí)興趣和熱情。

2非微電子專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)課程實(shí)踐

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

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

2）IC產(chǎn)業(yè)鏈及設(shè)計(jì)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(jì)流程等內(nèi)容。使學(xué)員了解集成電路產(chǎn)業(yè)的變革和分工，了解設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等環(huán)節(jié)的一些基本情況，了解數(shù)字IC的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時(shí)序驗(yàn)證與物理驗(yàn)證及芯片面積優(yōu)化、時(shí)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(jì)方法等內(nèi)容。使學(xué)員能夠初步掌握使用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的基本語法，了解大型電路芯片的基本設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)方法，并通過設(shè)計(jì)實(shí)踐學(xué)習(xí)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(jì)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(jì)方法。使學(xué)員初步了解大規(guī)模系統(tǒng)級(jí)芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法及主要片內(nèi)嵌入式處理器核。豐富的實(shí)踐操作內(nèi)容

1）Verilog代碼設(shè)計(jì)實(shí)踐：學(xué)習(xí)通過課下編碼、上機(jī)調(diào)試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進(jìn)行基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)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(jì)能力。

2）IC前端設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路前端設(shè)計(jì)平臺(tái)DesignCompiler，使學(xué)員通過上機(jī)演練，初步掌握使用DesignCompiler進(jìn)行集成電路前端設(shè)計(jì)的流程和方法，主要包括RTL綜合、時(shí)序約束、時(shí)序優(yōu)化、可測(cè)性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

3）IC后端設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐：依托Synopsys公司數(shù)字集成電路后端設(shè)計(jì)平臺(tái)ICCompiler，使學(xué)員通過上機(jī)演練，初步掌握使用ICCompiler進(jìn)行集成電路后端設(shè)計(jì)的流程和方法，主要包括后端設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、版圖規(guī)劃與電源規(guī)劃、物理綜合與全局優(yōu)化、時(shí)鐘樹綜合、布線操作、物理驗(yàn)證與最終優(yōu)化等內(nèi)容。靈活的考核評(píng)價(jià)機(jī)制

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

2）IC設(shè)計(jì)上機(jī)實(shí)踐操作：通過上機(jī)操作的形式，給定一個(gè)具體并相對(duì)簡單的芯片設(shè)計(jì)代碼，要求學(xué)員使用Synopsys公司數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)前后端平臺(tái)，完成整個(gè)芯片的前后端設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程。

3）IC設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域報(bào)告：通過撰寫報(bào)告的形式，要求學(xué)員查閱IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，包括該領(lǐng)域的前沿研究技術(shù)、設(shè)計(jì)流程中相關(guān)技術(shù)點(diǎn)的深入研究、集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展歷程和趨勢(shì)等，撰寫相應(yīng)的專題報(bào)告。

3結(jié)語

隨著傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程的改變，大多數(shù)芯片設(shè)計(jì)可以采用無生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)集成電路設(shè)計(jì)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(jì)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(xué)根據(jù)自身軟硬件條件和學(xué)生具體專業(yè)情況，開設(shè)了集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)相關(guān)理論和實(shí)踐課程，經(jīng)過兩年的教學(xué)實(shí)踐，取得良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了一批有著豐富專業(yè)技術(shù)知識(shí)的集成電路設(shè)計(jì)人才。

作者：宋克 張帆 沈劍良