鄒志革 鄒雪城 雷鑑銘 楊曉非

摘要：國家為鼓勵和支持我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展，連續(xù)出臺了一系列文件。針對國家急缺集成電路方向人才的現(xiàn)狀，華中科技大學(xué)自2009年開辦集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)。開辦之初，以國內(nèi)眾多高校建設(shè)該專業(yè)的經(jīng)驗為高起點，確定了集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的建設(shè)原則，在廣泛調(diào)研了國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案之后，制訂了獨具特色的培養(yǎng)方案。文章還以體系結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)知識點為例，給出了相關(guān)課程和授課內(nèi)容?？偨Y(jié)10年來的專業(yè)建設(shè)成果和經(jīng)驗，該培養(yǎng)方案得到各高校和用人單位高度認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng);本科專業(yè);課程體系;人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0;TN4? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）37-0062-04

一、引言

2018年的中興通信事件，給全國人民上了印象極為深刻的一課：通過控制集成電路產(chǎn)品和技術(shù)，美國可以輕松阻擊中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。其深層原因是：人才是集成電路產(chǎn)業(yè)的第一資源，也是制約集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。2003年，教育部和科技部聯(lián)合發(fā)文《教育部、科技部關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校建設(shè)國家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》（教高[2003]2號）[1]，在全國9所大學(xué)設(shè)立“國家集成電路設(shè)計人才培養(yǎng)基地”。

國務(wù)院2011年頒發(fā)了《進(jìn)一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（國發(fā)〔2011〕4號），2014年6月公布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》（以下簡稱《綱要》），2015年5月頒布了《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略，教育部等七部門在2016年出臺了《關(guān)于加強(qiáng)集成電路人才培養(yǎng)的意見》（教高[2016]1號），有關(guān)部門制定了一系列的政策文件，有力地推動了我國集成電路產(chǎn)業(yè)乃至整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)。

教育部于2001年開始批準(zhǔn)設(shè)置“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)，以適應(yīng)國內(nèi)對集成電路設(shè)計人才的迫切需求。華中科技大學(xué)自2009年招生“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”本科專業(yè)，早在2008年初教育部首批第二特色建設(shè)之初即開始了“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)”新專業(yè)培養(yǎng)計劃的制訂，于2009年6月完成培養(yǎng)計劃的制訂。

在過去的十年中，該培養(yǎng)計劃雖然多次小范圍調(diào)整，但總體辦學(xué)思路和課程體系均保持原樣。經(jīng)過十年的運(yùn)行，華中科技大學(xué)集成電路專業(yè)的畢業(yè)生得到各高校和用人企業(yè)的高度認(rèn)可，證明了培養(yǎng)方案的可行性和科學(xué)性。以2017屆為例，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)共有60人，其中出國出境4人，保送研究生13人，考取研究生19人，協(xié)議就業(yè)23人，自由職業(yè)1人。保研學(xué)生中，除了本校，基本去了北大、清華、中科院和復(fù)旦大學(xué)。

二、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)建設(shè)原則

根據(jù)教育部提出的人才培養(yǎng)總體要求，在對集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)學(xué)科發(fā)展深入分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家對人才培養(yǎng)的實際需要，以及本系多年教育和科研實踐，華中科技大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系將該專業(yè)的本科教育定位為：在注重加強(qiáng)理論基礎(chǔ)教育的同時，實施寬口徑專業(yè)教育，增強(qiáng)適用性及工程應(yīng)用性，培養(yǎng)具有良好的綜合素質(zhì)、復(fù)合的知識結(jié)構(gòu)和綜合能力、較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)新型人才。

1.堅持本科教育的基礎(chǔ)性原則。根據(jù)華中科技大學(xué)“應(yīng)用領(lǐng)先，基礎(chǔ)突破，協(xié)調(diào)發(fā)展”的方針，以及“為社會和企業(yè)培養(yǎng)高層次研究型及應(yīng)用型復(fù)合人才”的定位，尤其是本科生仍為研究生重要生源的實際情況，強(qiáng)調(diào)本科階段的教學(xué)任務(wù)主要是完成本學(xué)科本專業(yè)的基礎(chǔ)教育，為學(xué)生進(jìn)一步深造和終身學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。此外，本學(xué)科正不斷與其他學(xué)科交叉融合，學(xué)生未來的工作幾乎不可能是“純集成電路或集成系統(tǒng)化”，較寬的專業(yè)基礎(chǔ)使學(xué)生適應(yīng)能力更強(qiáng)，也有望在學(xué)科邊緣開展創(chuàng)造性工作或深入到某個應(yīng)用領(lǐng)域中開展工作。

2.課程系統(tǒng)性、完備性原則。課程體系的系統(tǒng)性與完備性是指為實現(xiàn)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、達(dá)到培養(yǎng)要求，使課程體系覆蓋專業(yè)方向所需要的盡可能多的知識點，而且各知識點之間具有連貫性、系統(tǒng)性和完備性。這就要求本專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)該具有從系統(tǒng)的設(shè)計思想、方法到集成電路設(shè)計與實現(xiàn)所需的一系列知識與能力。本專業(yè)的課程體系包括以下三個部分：基本理論與知識;集成電路與集成系統(tǒng)的設(shè)計原理、方法與技術(shù)，相關(guān)領(lǐng)域的集成電路應(yīng)用知識。

3.注重學(xué)科交叉專業(yè)融合的原則。集成電路是各類信息產(chǎn)品的核心技術(shù)所在，因此本專業(yè)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究遍及整個信息技術(shù)領(lǐng)域。目前信息技術(shù)領(lǐng)域的一個明顯趨勢是3C（計算機(jī)、通信、消費類電子）融合，一個完整的電子信息產(chǎn)品的開發(fā)過程可能涉及電子、計算機(jī)、通信、自動控制等多個學(xué)科領(lǐng)域。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，在課程體系的設(shè)置上已充分考慮多學(xué)科的交叉和融合。為此，課程體系應(yīng)該覆蓋電子科學(xué)與技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程等多個學(xué)科的主要知識點。

4.課程整體性優(yōu)化的原則。對于基礎(chǔ)類課程，主要強(qiáng)調(diào)理論基礎(chǔ)知識和能力，同時盡量突顯其應(yīng)用價值或潛力;對于工程和應(yīng)用基礎(chǔ)類課程，特別強(qiáng)調(diào)對原理、方法、思路、發(fā)展趨勢等方面的學(xué)習(xí)和融會貫通，杜絕教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重滯后于學(xué)科發(fā)展的不良現(xiàn)象。適當(dāng)壓縮課堂學(xué)時，給學(xué)生更多自主學(xué)習(xí)時間。保證課程體系的整體優(yōu)化，通過加強(qiáng)課程間的銜接和呼應(yīng)，去掉重復(fù)內(nèi)容;保證授課、自學(xué)、實踐相結(jié)合;依靠課堂講授技術(shù)的現(xiàn)代化，依靠選修課，廣泛展示本學(xué)科的新技術(shù)、新應(yīng)用和新方向，為學(xué)生提供更多的選擇余地。

5.知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的原則。通過系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)，學(xué)生在本科階段掌握的知識基本定型，但學(xué)生如何獲取新知識以及運(yùn)用所學(xué)知識解決問題的能力和學(xué)生較強(qiáng)業(yè)務(wù)素質(zhì)的培養(yǎng)等方面還要求多個環(huán)節(jié)分工、配合，共同努力，包括大課講授、課后實習(xí)、課程設(shè)計、綜合實習(xí)、大學(xué)生課外科技創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計等。此外，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)是實踐性極強(qiáng)的專業(yè)，對學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)非常重要。為此，本計劃設(shè)計了多個課程設(shè)計，均綁定在系列課程之后，實驗內(nèi)容一般為學(xué)生自主完成設(shè)計性和綜合性實驗。

6.從“精英”到“群英”的原則。在高等教育的后大眾化階段，“精英”教學(xué)由于受益面過小而受到來自公平與效率的拷問。這就要求制訂培養(yǎng)方案時要突破高校普遍存在的創(chuàng)新人才培養(yǎng)受益面窄、關(guān)注“高峰”有余而“高原”不足、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力缺乏等問題[2]。

7.突出工程應(yīng)用的原則。本科教學(xué)應(yīng)該充分考慮社會及企業(yè)的需要，某些課程的內(nèi)容和實驗內(nèi)容設(shè)置應(yīng)具有明顯的工程特色。為了提高學(xué)生的就業(yè)競爭力，并使學(xué)生在就業(yè)后能夠盡快適應(yīng)工作崗位，應(yīng)該面向企業(yè)需要多開設(shè)一些實用性及工程性強(qiáng)的課程，并通過大量的實驗課時和實踐環(huán)節(jié)來提高學(xué)生的動手實踐能力。

三、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)課程體系制定

按一級學(xué)科確定核心課程，在國內(nèi)率先系統(tǒng)構(gòu)建電子工程與計算機(jī)科學(xué)（EECS）交叉融合專業(yè)人才培養(yǎng)體系，集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)各類課程的學(xué)時數(shù)和比例見表1。本課程體系特點如下。

1.大規(guī)模增加綜合型研究性課程設(shè)計。集成電路設(shè)計是實踐性極強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生動手能力的培養(yǎng)尤其重要。除了教育部規(guī)定的基本實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之外，培養(yǎng)方案中增加了五個綜合型研究性的課程設(shè)計。課程設(shè)計中，實施“以項目為驅(qū)動的教學(xué)（Project-Oriented-Teaching，POT）”[3]方式，強(qiáng)調(diào)通過團(tuán)隊的合作，從立項開始，規(guī)劃并實施項目的全過程，體現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”[4]的創(chuàng)新型集成電路人才培養(yǎng)目標(biāo)。將課程設(shè)計、課外科技創(chuàng)新、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等多個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，形成POT模式的長線培養(yǎng)機(jī)制。

2.按電子科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科確定核心課程。電子科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科，其各個二級學(xué)科具有相同且相當(dāng)固定的基本原理與基礎(chǔ)知識，把這些知識傳授給學(xué)生，并融會貫通，以“不變”應(yīng)“萬變”。本培養(yǎng)計劃正是以此為基礎(chǔ)確定出一級學(xué)科核心課程集，它由基礎(chǔ)理論系列、專業(yè)基礎(chǔ)系列、專業(yè)核心系列三個主干系列課程組成，作為本專業(yè)學(xué)生的基本要求。

3.按照EECS設(shè)置學(xué)科基礎(chǔ)課?！坝嬎銠C(jī)組成原理”、“處理器體系結(jié)構(gòu)”、“信號與系統(tǒng)”、“嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計”等集成系統(tǒng)類課程體系化，有利于系統(tǒng)地指導(dǎo)學(xué)生掌握集成電路設(shè)計基本理論、集成電路設(shè)計基本技能、計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)等知識，利于培養(yǎng)學(xué)生從集成電路制造工藝、晶體管、模擬電路和數(shù)字電路等基本底層工藝級和電路級設(shè)計到VLSI、處理器設(shè)計及微機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的能力，以構(gòu)成從集成電路工藝和電路設(shè)計技術(shù)到處理器設(shè)計、計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)等系統(tǒng)知識培養(yǎng)的完備的人才培養(yǎng)體系。

4.限選課程上進(jìn)行專業(yè)方向分流?！鞍雽?dǎo)體器件及集成電路設(shè)計”是我系的優(yōu)勢學(xué)科方向，必須保持和發(fā)揚(yáng)，同時大力發(fā)展“體系結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)”方向，滿足國家企業(yè)及科研院所對集成電路與系統(tǒng)人才的急需刻不容緩，為此設(shè)計了兩個專業(yè)方向系列課程，使不同專業(yè)方向的學(xué)生在半導(dǎo)體器件及集成電路設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的能力上各有側(cè)重。

5.寬口徑專業(yè)方向特色的任選課程集合。本計劃充分利用選修課，廣泛展示本學(xué)科的新技術(shù)、新應(yīng)用和新方向，同時考慮集成電路與系統(tǒng)與其他學(xué)科的不斷交叉融合，讓學(xué)生有選擇的余地、求學(xué)的欲望和攻讀的樂趣，特設(shè)了一個寬口徑選修課系列。

四、集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)知識點及開設(shè)課程

集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)建設(shè)依托于“電子科學(xué)與技術(shù)”一級學(xué)科，以及跨信息類的“計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”、“信息與通信工程”、“控制科學(xué)與工程”等三個一級學(xué)科。因此，確定了本專業(yè)的五大知識模塊，并按這些知識模塊來開設(shè)專業(yè)課程。這五大知識模塊及對應(yīng)課程如表2所示。

下面，以“體系結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)”知識模塊為例，介紹其對應(yīng)課程和授課內(nèi)容。

1.計算機(jī)組成原理。授予學(xué)生計算機(jī)軟硬件中各部件的功能、組成原理等計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識，幫助學(xué)生了解及建構(gòu)一個現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的完整概念，以培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本分析和設(shè)計能力。

2.處理器體系結(jié)構(gòu)。授予學(xué)生計算機(jī)或處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、基本設(shè)計技術(shù)和分析方法，以培養(yǎng)學(xué)生從總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析這一層次來研究和分析計算機(jī)系統(tǒng)的能力，掌握基本的處理器系統(tǒng)分析和設(shè)計技術(shù)。

3.嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計。授予學(xué)生嵌入式系統(tǒng)的基本概念、原理、設(shè)計原則與方法，并在嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，通過典型案例培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力。

4.數(shù)字集成電路可靠性設(shè)計。授予學(xué)生集成電路中有關(guān)軟錯誤概念、故障、錯誤與失效等基礎(chǔ)知識，從電路級、門級及體系結(jié)構(gòu)級分析數(shù)字集成電路的可靠性設(shè)計技術(shù)，以便學(xué)生掌握基本的數(shù)字集成電路的可靠性分析和設(shè)計方法。

5.集成電路系統(tǒng)綜合探索與實踐。以數(shù)字集成電路、計算機(jī)的基本軟硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為主線，結(jié)合國內(nèi)外最新的前沿研究，通過具體的處理器設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)案例，對體系結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)知識點和各課程的重要知識點進(jìn)行分析和串講。

五、總結(jié)

集成電路產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟(jì)的增長起著至關(guān)重要的作用。加強(qiáng)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)建設(shè)，是眾多高校努力的目標(biāo)。華中科技大學(xué)研究了國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)的課程體系后，結(jié)合本國國情，制訂了集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)方案，希望為中國的集成電路領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新人才，為全國集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)本科專業(yè)的建設(shè)和改革起到示范帶頭作用。

參考文獻(xiàn)：

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Research on the Undergraduate Major Training Plan of Integrated Circuit Design and Integrated System

—Taking Huazhong University of Science and Technology as an Example

ZOU Zhi-ge，ZOU Xue-cheng，LEI Jian-ming，YANG Xiao-fei

（School of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，

Wuhan，Hubei 430074，China）

Abstract：In order to encourage and support the development of China's integrated circuit industry，the government has issued a series of documents.In view of the shortage of integrated circuit talents in China，Huazhong University of Science and Technology started its undergraduate major of integrated circuit design and integrated system in 2009.Starting from the experience of many domestic universities，the establishment principles are determined.After extensive investigation of domestic and international relevant professional training programs，a unique training program is formulated.The architecture and knowledge points of embedded system are taken as an example，curriculum system and teaching contents are given out.Summarizing the achievements and experience of professional construction in the past 10 years，the training program has been highly recognized by universities and employers.

Key words：integrated circuit design and integration system;undergraduate major;curriculum system;education