集成电路的优势范文
时间:2023-10-30 17:59:18
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篇1
关键词 :道路照明 ;节能设计; 智能照明节能控制
中图分类号:TE08文献标识码: A
节约能源是发展经济、稳定社会的一项重要任务。能源的种类很多,但是电能是最基本、使用最广泛的一种能源。2004年以来,随着我国社会主义市场经济的高速发展,很多地方都出现了“电荒”,甚至因缺电而不得不采取“拉闸限电”等措施。因此节约电能,以保障经济持续快速发展,成为了我们急需解决的一个重要问题。
据《发展中的中国城市照明》数据,中国路灯总盏数约为900万盏,年用电量约850亿千瓦时,占中国总发电量的4%至5%,道路照明年总经费约500亿元。因此,在保证道路照明的功能前提下,节约电能对国家的经济发展有很大的作用,所以探讨道路照明的节能非常有必要。
照明设计是实现节能的核心环节,应该给予高度的重视。在进行道路照明的设计时,应该提出多种方案,并进行节能计算,在满足照明标准要求的前提下,进行综合经济分析比较,然后选择最佳的方案,切忌随心所欲,凭经验办事。
照明节能是一项系统工程,要从提高整个照明系统的每个环节的效率来考虑。道路照明的节能设计主要从以下几个方面进行考虑:1)合理确定道路照明标准值;2)选择高效率节能灯具和高光效照明光源,选用节能型镇流器;3)进行单灯无功补偿,提高线路功率因数,降低线路损耗;4)夜半降压节能和照明智能控制。下文将对以上四点进行具体讨论。
1合理确定道路照明标准值
道路的照度(亮度)标准值,直接决定着所需光通量的大小,而光通量又基本决定了光源的功率大小,因此,照度(亮度)标准值的大小基本决定了光源功率的大小。机动车道设置照明的目的是为驾驶员创造良好的视觉环境,以达到保障交通安全、提高交通效率、降低犯罪和美化夜景的效果。非机动车道和人行道的设置照明的目的是为行人提供舒适和安全的视觉环境。节能设计不是靠降低照明水平来实现的,而是在满足照明功能的前提下再考虑节能的。因此,在确定道路照明标准时,应根据道路的等级,确定合理的照度标准,并根据车辆行驶速度、交通流量等实际因素,和考虑城市的性质、规模选择低档值或高档值。《城市道路照明设计标准》 CJJ45-2006中规定的数值基本上是满足机动车驾驶员视觉作业要求的合理数值,再提高路面高度水平,对驾驶员的视觉作业没有太大的帮助,反而会造成能源浪费、光污染、光干扰等负面问题。因此在进行道路照明时不应盲目追求高标准,避免进行高亮度的攀比,走出“越亮越好”的认识误区。
2 降压节电技术的应用
根据资料显示,适当降低道路照明灯具的电压和照度可以十分有效的节电,不仅如此,还能够有效延长照明灯的使用期限,同时对于行人的视觉基本没有影响。由此可见,在夜间,如果适度降低照明灯的电压和亮度,将节省可观数字的电能,这种节电方式以城市道路照明的实际情况为出发点,采用国际先进的控制手段,又不影响人们的出行。虽然现今的照明产品各式各样,节电灯具快速的更新换代,但是依靠调节电压来节电的产品仍是主流。我国倡导建设节约型社会以来,降压节电技术与时俱进,更加巩固了其在城市道路照明节电方面的主导地位。
我们这里所说的降压节电技术其实就是当今流行的全数字式智能调压节电控制技术。总的来说,这项技术的实施需要经过三个步骤,即降压、稳压和调光,这三者是智能路灯节电控制的关键环节。不像我在上面提到的脱离实际的隔盏关灯,该技术以实际出发,具体而综合的考虑了各个道路照明的现状,并且有坚实的理论基础。该技术实施起来的具体思路比较简单:入夜之后,在车流量大、行人集中的路段照明保持高亮度,一直到临近午夜的时候触发自动调光机制,在午夜后一直到第二天早上这段行人车辆稀少的时间适当降低照明亮度。这个过程类似自动控制理论的反馈原理,输入的量随着输出发回的反馈来增大或者减少量,全过程既智能又合理。以上是该技术的大体全貌,具体到不同的城市的智能调压节电技术操作过程是:首先测试当地道路不同时间段的人流量和车流量,通过算法得出时间和平均人车流量满足什么样的规律,从而方便的统计出城市对应道路照度的调整率。然后将得出的这些数据作为参数输入到专为智能调压节电设计的计算机程序中,实现自动控制。比如根据实际的道路照度调整率,计算机要求从某一特定的时间起,对各个道路照明输入的电压进行整体的细致的调整,这个调整是动态的,正如刚才提到的反馈机制,最终使道路照明的输入电压和相应的照度得到一致,构成了一个完善的自动控制系统。如果宏观的来看待这项技术,数以千万计的道路照明网互相交错,智能调压技术就充当了这些网络的大脑,对网络上接受到的反馈信息进行处理,最终通过遥控来指导各网络有序、稳定的运行。这里的遥控就是平时所说的通信,我国的城市道路照明网络目前使用最多的是“三遥”控制系统,该系统具体的功能是负责管理各个道路照明输电线路的电压值和电流值、各个照明开关的启合状态、对用电的限制和控制方式等。“三遥”系统包括以下三种方式:①遥控。和前面叙述的相类似,负责控制的计算机系统按照已经采集处理好的时间和人车流量关系来控制城市道路照明的通断,整个过程全自动。如遇到紧急情况,中心控制站也可以手动开闭开关,可见设计的人性化。②遥测。遥测为遥控做了充分的准备工作,它可以自动测试各个道路照明系统的电压、频率,自动计算使用功率等参数,反应速度快,如果把城市道路照明比作客户端,那么当客户要求一有变化,它便随即调整数据以响应客户端。③遥信。顾名思义,就是对各个道路照明端产生的故障、不适应或者开关的不正常状态等问题进行访问。它属于系统的维护部分。
智能调压节电技术不仅仅在很大程度上节省了电能、延长了道路照明的平均使用期,并且彰显了我国城市建设在向着现代化、节约化和以人为本等方面取得了巨大的进步。这项技术经过多年的实践和验证,已经在发达国家如美国等消耗电能的打过得到了支持,我国对此也在不断的进行维护和创新。
3进行单灯无功补偿,提高线路功率因数,降低线路损耗
气体放电灯(一般采用节能型电感镇流器)的自然功率因数一般在0.4~0.6之间,所以照明线路的功率因数较低。为提高线路的功率因数,减少线路损耗,利用单灯补偿更为有效,措施是在镇流器的输入端接入一适当容量的电容器,可将单灯功率因数提高到0.85~0.9。进行无功补偿后,功率因数提高到0.9,以250W高压钠灯为例,电流由补偿前的3.10A降低为1.61A,为补偿前的52%,相应的线路损耗将只有原来的27%,节能效果相当显著。
4半夜灯降压节能和照明智能控制
在深夜普遍降低路面亮度(照度)是节能效果最为明显的一项措施。目前采取这种措施的国家和地区都非常多,由于深夜车流量减少,应该普遍推行这一措施。对于主干路和次干路,正常照度较高,可以考虑深夜降低照度。但居住区夜间行人的安全和住户安全极为重要,且照度本来就不高,即使再降低,节能效果也不明显。主要采取的措施有:1)采用双光源灯具,深夜关闭一支光源,即节能,又不会影响均匀度,但灯具和电缆投资;2)采用深夜关掉不超过半数灯具的方法(隔盏关灯),缺点是简单实用,但需要多敷设一根供电电缆,也会导致路面照度均匀度降低;3)采用深夜能自动降低路灯光源功率的装置,如双功率镇流器、有载调压变压器、降压装置等。
5 结论
以上四个方面,是道路照明设计中采取的主要措施,具有显著的节能效果。同时,在设计中应采取其他的节能措施如使三相负荷平衡等,并定期进行灯具清扫、光源更换等。
参考文献:
[1]张万奎.城市道路照明节电的供电电压及最优控制[J].电力需求侧管理,2007.
篇2
关键词:模拟集成电路;自适应加权;多目标优化;Pareto最优前沿
中图分类号:TM352 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2016)10-00-02
0 引 言
一直以来,人们都想实现模拟集成电路设计的自动化,但考虑到模拟集成电路性能指标多,各性能指标间互相影响等因素,使得模拟集成电路的自动化进程远远落后于数字集成电路,模拟集成电路已经成为制约集成电路发展的瓶颈。随着技术的发展,片上系统将模拟集成电路与数字集成电路整合到一块芯片上。但人们对模拟集成电路的自动化研究却从未中断过,同时也取得了一些成果,其中基于优化的设计方法因适用范围广而受到了人们的青睐。
基于优化的设计方法将模拟集成电路的设计看作是多目标优化问题,电路设计时的性能指标如增益、带宽、相位裕度等就是多目标优化的目标函数。通过多目标优化算法求解出电路目标空间的Pareto前沿,该前沿就是电路各种性能指标折衷后的最优前沿,允许电路设计者从一组相互冲突的设计指标中做出最佳选择。
基于优化的设计方法的核心是多目标优化算法,解决多目标优化问题的常用算法是加权和算法[1],该算法容易理解、操作简单,但是该算法不能求出Pareto前沿上位于凹区间内的解,而当权值均匀分布时,Pareto前沿上凸区间内的解分布不均匀[2]。本文采用了自适应加权和算法,该算法在加权和算法的基础上改进而来,克服了加权和算法的上述缺点。
1 自适应加权和算法原理
自适应加权和算法[3]的权值系数没有预先确定,而是通过所要求解问题的Pareto前沿曲线获得。首先用传统加权和算法产生一组起始解,然后在目标空间确定需要细化的区域。将待细化区域看作可行域并且对该区域施加不等式约束条件,最后用传统加权和方法对这些需要细化的子区域进行优化。当Pareto前沿上的所有子区域长度达到预定值时,优化工作完成。
图1所示的自适应加权算法与传统加权和算法进行了对比,说明了自适应加权和算法的基本概念。真正的Pareto前沿用实线表示,通过多目标优化算法获得的解用黑圆点表示。在该例中,整个Pareto前沿由相对平坦的凸区域和明显凹的区域组成。解决这类问题的典型方法就是加权和算法,该算法可以描述成如下形式:
上式中描述的是两个优化目标的情形,J1(x)和J2(x)分别为两个目标函数,sf1,0(x)和sf2,0(x)分别为对应的归一化因子,h(x)和g(x)分别为等式约束条件和不等式约束条件。
图1(a)为采用加权和算法后解的分布,可以看出大部分解都分布在anchor points和inflection point,凹区间内没有求出解。该图反映了加权和算法的两个典型缺点:
(1)解在Pareto前沿曲线上分布不均匀;
(2)在Pareto前沿曲线为凹区间的部分不能求出解。
因此尽管加权和算法具有简单、易操作的优点,但上述缺点却限制了其应用,这些固有缺陷在实际多目标优化设计问题中频繁出现。图1描述了本文所提出的自适应加权和算法的总体流程以及基本概念。首先根据加权和算法得到一组起始解,如图1(a)所示,通过计算目标前沿空间上相邻解的距离来确定需要进行细化的区域,如图1(b)所示,该图中确定了两个需要进行细化的区域。在确定需要进行细化的区域分别在平行于两个目标方向上添加额外的约束,如图1(c)所示,在该图中向减小方向J1添加的约束为1,J2减小方向添加的约束为2。对细化后添加完约束的区域用加权和算法优化,得出新解,如图1(d)所示,其中加权和算法求解最优解时采用Matlab中的fmincon函数。从该图中可看出,细化区域内产生了新解,Pareto前沿上解的分布较之前更加均匀,且求出了凹区域内的解,继续细化能够找出更多的解,Pareto前沿上的解也将分布地更加均匀。自适应加权和算法的流程图如图2所示。
2 两级运放设计实例
以一个带米勒补偿的两级运放[4]为例,说明自适应加权和算法的多目标优化设计。两级运放电路图如图3所示。
电路的各项性能指标如表1所列。
电路优化过程中采用工作点驱动[5,6]的设计方法,电路的设计变量为电路直流工作点上一组独立的电压、电流。电路性能通过方程获得,但方程中的小信号参数通过对工艺库进行模糊逻辑建模[7,8]得到,使得计算速度提高的同时保证了计算精度。两级运放电路的优化结果如图4所示。
图为算法迭代五代后的优化结果,由图可以发现,经过五代的优化迭代,求出的最优解在Pareto前沿上分布均匀。在同一电路中,单位增益带宽的增加与摆率的增加都会使功耗增加,而电路功耗降低导致的结果是电路的面积增加,或通过牺牲面积来换取低功耗,牺牲面积换取电路的带宽增加。这些结果与电路理论相吻合,同时也再次说明了模拟电路设计过程中的折衷以及模拟集成电路设计的复杂性。
3 结 语
自适应加权和算法能求出位于凹区间内的最优解,并且最优解分布均匀。本文通过两级运放电路验证了算法的优化效果,最终得到了满意的优化结果。
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篇3
论文关键词:集成电路,特点,问题,趋势,建议
引言
集成电路是工业化国家的重要基础工业之一,是当代信息技术产业的核心部件,它是工业现代化装备水平和航空航天技术的重要制约因素,由于它的价格高低直接影响了电子工业产成品的价格,是电子工业是否具有竞争力关键因素之一。高端核心器件是国家安全和科学研究水平的基础,日美欧等国均把集成电路业定义为战略产业。据台湾的“科学委员会”称未来十年是芯片技术发展的关键时期。韩国政府也表示拟投资600亿韩元于2015年时打造韩国的集成电路产业。
集成电路主要应用在计算机、通信、汽车电子、消费电子等与国民日常消费相关领域因此集成电路与全球GDP增长联系紧密,全球集成电路消费在2009年受金融危机的影响下跌9%的情况下2010由于经济形势乐观后根据半导体行业协会预计今年集成电路销售额将同比增长33%。
一、我国集成电路业发展情况和特点
有数据统计2009年中国集成电路市场规模为5676亿元占全球市场44%,集成电路消费除2008、2009年受金融危机影响外逐年递增,中国已成为世界上第一大集成电路消费国,但国内集成电路产量仅1040亿元,绝大部分为产业链低端的消费类芯片,技术落后发达国家2到3代左右,大量高端芯片和技术被美日韩以及欧洲国家垄断。
我国集成电路产业占GDP的比例逐年加大从2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增长远远超过国际上任何一个其他国家,是全球集成电路业的推动者,属于一个快速发展的行业。从2000年到2007年我国集成电路产业销售收入年均增长超过18%毕业论文提纲,增长率随着经济形势有波动,由于金融危机的影响2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成电路设计业增速放缓实现销售收入269.92亿元同比上升14.8%,由于受金融危机影响,芯片制造业实现销售收入341.05亿元同比下降13.2%、封装测试业实现销售收入498.16亿元同比下降19.5%。我国集成电路总体上企业总体规模小,有人统计过,所有设计企业总产值不如美国高通公司的1/2、所有待工企业产值不如台积电、所有封测企业产值不如日月光。
在芯片设计方面,我国主流芯片设计采用130nm和180nm技术,65nm技术在我国逐渐开展起来,虽然国际上一些厂商已经开始应用40nm技术设计产品了,但由于65nm技术成熟,优良率高,将是未来几年赢利的主流技术.设计公司数量不断增长但规模都较小,属于初始发展时期。芯片制造方面,2010国外许多厂商开始制造32nm的CPU但大规模采用的是65nm技术,而中国国产芯片中的龙芯还在采用130nm技术,中芯国际的65nm技术才开始量产,国产的自主知识产权还没达到250技术。在封装测试技术方面,这是我国集成电路企业的主要业务,也是我国的主要出口品,有数据显示我国集成电路产业的50%以上的产值都由封装产业创造,随着技术的成熟,部分高端技术在国内逐步开始开展,但有已经开始下降的趋势杂志网。在电子信息材料业方面,下一代晶圆标准是450mm,有资料显示将于2012年试制,现在国际主流晶圆尺寸是300mm,而我国正在由200mm到300mm过渡。在GaAs单晶、InP单晶、光电子材料、磁性材料,压电晶体材料、电子陶瓷材料等领域无论是在研发还是在生产均较大落后于国外,总体来说我国新型元件材料基本靠进口。在半导体设备制造业方面毕业论文提纲,有数据统计我国95%的设备是外国设备,而且二手设备占较大比例,重要的半导体设备几乎都是国外设备,从全球范围来讲美日一直垄断其生产和研发,台湾最近也有有了较大发展,而我国半导体设备制造业发展较为缓慢。
我国规划和建成了7个集成电路产业基地,产业集聚效应初步显现出来,其中长江三角洲、京津的上海、杭州、无锡和北京等地区,是我国集成电路的主要积聚地,这些地区集中了我国近半数的集成电路企业和销售额,其次是中南地区约占整个产业企业数和销售额的三分之一,其中深圳基地的IC设计业居全国首位,制造企业也在近一部壮大,由于劳动力价格相对廉价,我国集成电路产业正向成都、西安的产业带转移。
二、我国集成电路业发展存在的问题剖析
首先,我国集成电路产业链还很薄弱,科研与生产还没有很好的结合起来,应用十分有限,虽然新闻上时常宣传中科院以及大专院校有一些成果,但尚未经过市场的运作和考验。另外集成电路产品的缺乏应用途径这就使得研究成果的产业化难以推广和积累成长。
其次,我国集成电路产业尚处于幼年期,企业规模小,集中度低,资金缺乏,人才缺乏,市场占有率低,不能实现规模经济效应,相比国外同类企业在各项资源的占有上差距较大。由于集成电路行业的风险大,换代快,这就造成了企业的融资困难,使得我国企业发展缓慢,有数据显示我国集成电路产业有80%的投资都来自海外毕业论文提纲,企业的主要负责人大都是从台湾引进的。
再次,我国集成电路产业相关配套工业落后,产业基础薄弱。集成电路产业的上游集成电路设备制造的高端设备只有美日等几家公司有能力制造,这就大大制约了我国集成电路工艺的发展速度,使我国的发展受制于人。
还有,我国集成电路产成品处于产品价值链的中、低端,难以提出自己的标准和架构,研发能力不足,缺少核心技术,处于低附加值、廉价产品的向国外技术模仿学习阶段。有数据显示我国集成电路使用中有80%都是从国外进口或设计的,国产20%仅为一些低端芯片,而由于产品相对廉价这当中的百分之七八十又用于出口。
三、我国集成电路发展趋势
有数据显示PC机市场是我国集成电路应用最大的市场,汽车电子、通信类设备、网络多媒体终端将是我国集成电路未来增长最快应用领域. Memory、CPU、ASIC和计算机外围器件将是最主要的几大产品。国际集成电路产业的发展逐步走向成熟阶段,集成电路制造正在向我国大规模转移,造成我国集成电路产量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投资4.5亿元后,2007年又投资25亿美元在大连投资建厂预计2010年投产。
另外我国代工产业增速逐渐放缓,增速从当初的20%降低到现在的6%-8%,低附加值产业逐渐减小。集成电路设计业占集成点设计业的比重不断加大,2008、2009两年在受到金融危机的影响下在其他专业大幅下降的情况下任然保持一个较高的增长率,而且最近几年集成电路设计业都是增长最快的领域,说明我国的集成电路产业链日趋完善和合理,设计、制造、封装测试三行业开始向“3:4:4”的国际通行比例不断靠近。从发达国家的经验来看都是以集成电路设计公司比重不断加大,制造公司向不发达地区转移作为集成电路产业走向成熟的标志。
我国集成电路产业逐渐向优势企业集中,产业链不断联合重组,集中资源和扩大规模,增强竞争优势和抗风险能力,主要核心企业销售额所占全行业比重从2004年得32%到2008年的49%,体现我国集成电路企业不断向优势企业集中,行业越来越成熟,从美国集成电路厂商来看当行业走向成熟时只有较大的核心企业和专注某一领域的企业能最后存活下来。
我国集成电路进口量增速逐年下降从2004年的52.6%下降为2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于进口量增速。预计2010年以后我国集成电路进口增速将小于出口增速,我国正在由集成电路消费大国向制造大国迈进。
四、关于我国集成电路发展的几点建议
第一、不断探索和完善有利于集成电路业发展的产业模式和运作机制。中国高校和中科院研究所中有相对宽松的环境使得其适合酝酿研发毕业论文提纲,但中国的高端集成电路研究还局限在高校和中科院的实验室里,没有一个循序渐进的产业运作和可持续发展机制,这就使得国产高端芯片在社会上认可度很低,得不到应用和升级。在产业化成果推广的解决方面。可以借鉴美国的国家采购计划,以政府出资在武器和航空航天领域进行国家采购以保证研发产品的产业化应用得以实现杂志网。只有依靠公共研发机构的环境、人才和技术优势结合企业的市场运作优势,走基于公共研发机构的产业化道路才是问题的正确路径。
第二、集成电路的研发是个高投入高风险的行业是技术和资本密集型产业,有数据显示集成电路研发费用要占销售额的15%,固定资产投资占销售额的20%,销售额如果达不到100亿美元将无力承担新一代产品的研发,在这种情况下由于民族集成电路产业在资金上积累有限,几乎没有抗风险能力,技术上缺乏积累,经不起和国际集成电路巨头的竞争,再加上我国是一个劳动力密集型产业国,根据国际贸易规律,资本密集型的研发产业倾向于向发达国家集中,要想是我国在未来的高技术的集成电路研发有一席之地只有国家给予一定的积极的产业政策,使其形成规模经济的优势地位,才能使集成电路业进入良性发展的轨道.对整个产业链,特别是产业链的低端更要予以一定的政策支持。由政府出资风险投资,通过风险投资公司作为企业与政府的隔离,在成功投资后政府收回投资回报退出公司经营,不失为一种良策。资料显示美国半导体业融资的主要渠道就是靠风险基金。台湾地区之所以成为全球第四大半导体基地台就与其6年建设计划对集成电路产业的重点扶植有密切关系,最近湾当局的“科学委员会”就在最近提出了拟扶植集成电路产业使其达到世界第二的目标。
第三、产业的发展可以走先官办和引进外资再民营化道路,在产业初期由于资金技术壁垒大人才也较为匮乏民营资本难于介入,这样只有利用政府力量和外资力量,但到一定时期后只有民营资本的介入才能使集成电路产业走向良性化发展的轨道。技术竞争有利于技术的创新和发展,集成电路业的技术快速更新的性质使得民营企业的竞争性的优势得以体现,集成电路每个子领域技术的专用化特别高分工特别细,每个子领域有相当的技术难度,不适合求小而且全的模式。集成电路产业各个子模块经营将朝着分散化毕业论文提纲,专业化的方向发展,每个企业专注于各自领域,在以形成的设计、封装、测试、新材料、设备制、造自动化平台设计、IP设计等几大领域内分化出有各自擅长的专业领域深入发展并相互补充,这正好适应民营经济的经营使其能更加专注,以有限的资本规模经营能力能够达到自主研发高投入,适应市场高度分工的要求,所以民间资本的投入会使市场更加有效率。
第四、技术引进吸收再创新将是我国集成电路技术创新发展的可以采用的重要方式。美国国家工程院院士马佐平曾今说过:中国半导体产业有着良好的基础,如果要赶超世界先进水平,必须要找准方向、加强合作。只有站在别人的基础上,吸取国外研发的经验教训,并充分合作才是我国集成电路业发展快速发展有限途径,我国资金有限,技术底子薄,要想快速发展只有借鉴别人的技术在此基础上朝正确方向发展,而不是从头再来另立门户。国际集成电路产业链分工与国家集成电路工业发展阶段有很大关系,随着产业的不断成熟和不断向我国转移使得我国可以走先生产,在有一定的技术和资金积累后再研发的途径。技术引进再创新的一条有效路径就是吸引海外人才到我国集成电路企业,美国等发达国家的经济不景气正好加速了人才向我国企业的流动,对我国是十分有利的。
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篇4
关键词:集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)35-0049-03
一、引言
集成电路产业是信息产业的基础和核心,是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策(18号)》,大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下,我国集成电路设计业发展迅猛,伴随着国内集成电路的发展,对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业,2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业,以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求,截止2014年,全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策(新18号)》,要求高校要进一步深化改革,加强集成电路设计相关专业建设,紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式,加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设,努力培养国际化、复合型、实用型人才。
“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现,是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养,着力发展芯片设计业,2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出,要着力发展集成电路设计业,加大人才培养力度。因此,研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系,培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。
二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点
集成电路是推动当前经济发展的重要技术,由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷,多学科交叉融合,毕业生就业具有国际性,要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求,才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。
1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业,国内还没有形成该专业的人才培养规范,目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的,系统性、完备性差,还没有形成完整的知识体系。
2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科,因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务,从注重单一知识和能力的培养,要转变到注重综合知识和能力的培养。
3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业,根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业,需要针对企业对该类人才的需求,将企业需求融入课程体系,与企业联合制定培养方案,建立核心课程体系,实时调整专业课程教学内容。
4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性,不仅要具有较强理论知识基础,而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力,需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系,保障四年工程实践训练不断线,逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建
根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点,按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律,结合我校学科专业优势特色,确立了本专业人才培养的课程体系。
(一)人才培养目标
2006年全国科技大会上提出,到2020年,我国将建成创新型国家,使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一,只有培养具创新精神和创新能力的人才,才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。
因此,本专业旨在培养德、智、体、美全面发展,适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要,掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识,具备工程实践能力和创新能力,具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力,能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才,为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。
(二)人才培养规格
集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科,如图1所示。其中,图1中①就是通信算法(应用)的直接IC(实现)化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法(应用)的指令集合(体系结构)化的目标程序;③就是指令集合(体系结构)的IC(实现)化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。
根据多学科融合发展和人才培养目标定位,确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。
1.知识结构要求。(1)具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。(2)具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。(3)掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。(4)掌握集成电路与集成系统电子设计自动化(EDA)技术。
2.能力结构要求。(1)具有使用电子设计自动化(EDA)工具进行集成电路与集成系统设计的能力。(2)具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。(3)具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。(4)具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。
3.素质结构要求。(1)具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。(2)具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。(3)具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。(4)具有一定的国际化视野、求实创新意识。
(三)课程体系
集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次,课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点,各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性,通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养,强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业,课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点,各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域,知识和技术更新速度非常快,课程体系应该体现先进性,使得学生能够接近先进的技术前沿,同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程,进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。
因此,根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性,结合我校自身优势特色,构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向,集中实践环节为支撑,核心课程为基础,一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时,设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块,提升学生的工程素质和创新能力。
课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养,进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力,第二学年主要培养学生的电子技术应用能力,第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力,第四学年主要培养学生的工程创新能力,通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块,实现人才的个性化培养。
通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置,将集成电路设计与通信/计算机相结合,体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养,“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中,通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养,实现了课程体系的系统性和完备性,通过教学内容的组织实现知识的连贯性。
课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验(集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践)以及课内实验,在教学内容的组织上将软件无线电(SDR)系统(包括算法、体系结构、集成电路)设计与实现的科研成果融入教学过程,实现四年工程实践训练不断线,体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引,设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程,采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计,实现课程体系的先进性和实用性。
(四)教学内容组织思路
以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成(CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元)计算机部件设计计算机部件(FPGA和专用集成电路)实现整机(FPGA或专用集成电路)实现面向通信、信号处理领域系统(嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路)设计与应用”为主线组织教学内容,体现知识的连贯性,培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践(包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等),将软件无线电(SDR)系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学,贯彻我校“教研统一”办学理念,突显我校信息通信行业优势特色,培养学生的工程创新能力。
四、结论
课程体系设置是专业建设中的关键核心问题,对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点,结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色,形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向,以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容,培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计(计算机应用、电子技术应用、微系统设计)能力,通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践,提高学生的工程创新能力。
参考文献:
[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程,2011,(2).
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【关键词】新专业 市场 可行性 分析 需求
【中图分类号】U472 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)04-0117-01
一、开设新专业的指导思想
在职业院校开设新的专业,应以市场为导向,以社会需求为准则,充分发挥地方资源优势和人才培养优势。积极地探寻市场、发现市场,把供需链条紧紧连在一起。在北京市同层次院校的专业中,做到人无我有,人有我强,人强我特,形成品牌,形成特色。专业设置逐步从“条件驱动”型向“发展需求驱动”型转变,即根据社会经济发展需求确定专业设置。从强调我能做什么,能培养什么样的人才,转变为强调需要我做什么,需要培养什么样的人才。本着以上指导思想,现提出开设微电子技术与器件专业的一些方案设想。
二、市场需求分析
微电子技术与器件专业,其就业导向涵盖了集成电路和半导体材料产业。根据首都“十一五”电子信息产业发展规划,集成电路、TFT?鄄LCD、计算机及网络设备、移动通信产业、数字电视产业、半导体照明材料产业和智能交通及汽车电子产业等7个产业是信息产业下一步发展的重点领域。其中集成电路排在了第一位,半导体照明材料排在了第六位。早在2000年,北京市委、市政府就首次向全球宣布:北京将建设中国北方微电子产业基地。从那时到现在,北京集成电路产业走过了蓬勃兴起的10年,初步建立起了集成电路设计、制造、封装测试以及装备材料互动协调发展的良好格局,确立了北京在全国集成电路产业中的重要地位。
以2010年为例,该年北京集成电路产业全产业链实现销售收入245亿元,比2009年增长了31%,产业规模是2000年的20倍左右,占全国的17%。在北京市,电子信息产业产品销售收入排名位居全市工业第一,占全市工业23%,而集成电路产业全产业链的销售就占了近四分之一。
目前,北京有各类集成电路设计企业约80多家,年总销售收入约90亿元,占全国的1/4。集成电路制造企业3-4(大型)家,实现总销售收入约60亿元,约占全国14%。集成电路封装测试企业2-3家(大型),实现总销售收入约90亿元,约占全国15%。集成电路装备制造企业3-4家(大型),实现销售20多亿元,多项装备在全国处于领先地位。另外,还建有生产集成电路关键原料的硅材料科研、生产基地。
当前,北京集成电路产业正迎来跨越式发展的新机遇。国务院2011年4号文为集成电路产业的发展提供优越的外部环境。相信要不了多久北京就会建成具有全球影响力的集成电路产业基地。
政府的大力支持,坚实的产业基础,广阔的发展前景,优惠的国家政策,可以说集成电路产业在北京具有得天独厚的条件。产业的发展必然伴随着人才的巨大需求,虽然集成电路产业是知识和资金密集型产业,但它同样需要大量应用型技术人才。比如集成电路设计,需要大量的程序录入和辅助支持技术人员;集成电路制造,需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员;集成电路封装测试,同样需要大量的高科技设备仪器操作员、工艺技术员、质量检验员和设备维护技术人员。另外,半导体硅材料及单晶硅片的生产等,都需要大量的应用型技术人才。
三、可行性分析
在我院设置微电子技术与器件专业具有非常好的条件并且可行,其理由主要有以下几个方面:
1.我院在中专学校升高职院校之前,南校区就有这个专业。因此,在师资力量、教学资源、实训资源、招生分配等方面都有一定的基础和经验,设置微电子技术与器件专业可以说是驾轻就熟。
2.该专业的设置符合国家产业政策,契合北京“十一五”电子信息产业发展规划,因此,获得上级单位批准的几率大。
3.在北京“十一五”电子信息产业发展规划中,7个重点发展领域,集成电路产业排第一,半导体照明材料产业排第六,因此,设置该专业可获得国家和北京市资金的大力支持。
4.分配就业前景良好,正如市场需求分析中所提到的,集成电路产业在整个电子信息产业已经占到了四分之一左右,而且,今后将跨越式发展,必然需要大量的应用型技术人才,因此,该专业毕业学生的就业前景良好。
四、困难及解决途径
在我院设置微电子技术与器件专业也会遇到一些困难,仔细分析有以下几个方面:
1.生源问题。微电子技术与器件这一名称,属于比较新的科技名词,一般人在日常生活中很少接触,理解起来有一定困难,不知道这一专业到底学什么,毕业后干什么。因此,会出现专业招生困难,或招不到相对高素质的学生。
解决办法:一是改专业名称,起一个即通俗易懂,又能代表专业含义的名称,这有一定困难。二是加强宣传,在招生时,宣传材料、现场解说、视频资料等全方位进行,使考生了解北京市的产业政策和就业前景,提高对该专业的认知度。
2.实训问题。微电子技术与器件专业的实训环节比较困难,我们知道现在强调实训模拟真实场景,而集成电路产业链的工序非常多,每一道工序的设备仪器都非常昂贵,动则几百万,建立校内实训基地,场地和资金都是问题。
解决办法:一是计算机模拟,现在多媒体教学设备完善,各种模拟软件很多,通过购买和教师制作等方式来模拟实际工艺,替代昂贵的真实设备仪表。二是下厂实训,校企合作办学是学院发展的方向,我院有良好的基础和得天独厚的条件,北京分布着众多的集成电路设计、生产、测试企业可供我们选择实习参观,而且,我院已经和许多这方面的企业签有校外实训基地协议,如中国电子集团微电子所,北京飞宇微电子科技有限公司,中国科学院微电子所,燕东微电子有限公司等。我院应充分利用这一优势,解决微电子技术与器件专业的实训问题。
参考文献:
[1]尹建华,李志伟 半导体硅材料基础,北京.化学工业出版社,2012
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[关键词] 成都 集成电路 产业链 产业集群
一、集成电路产业概况
集成电路产业链由IC设计、晶圆制造、封装测试三个主要环节构成。产品覆盖数字电路、模拟电路、微波IC等四大类,应用于计算机消费类电子网络通信类等领域。为适应技术发展和市场需求,IC产业经历了从垂直整合到网络化的四次结构变革,如今产业结构已高度专业化,设计业作为产业龙头强力支撑起整个产业增长,IP供应商和设计代工企业出现并迅速成长。
根据北大微电子发展战略研究室的研究,作为IT产业基石的IC产业甚至可比IT产业更有力的扰动GDP的总量变异,在对经济系统的依赖性问题上显示出更大的独立性。IC产业必将很快成为一国甚至全球经济发展的主要动力。
二、成都集成电路产业发展概况与前景
1.成都集成电路发展现状
近年成都集成电路产业集群效应日益凸现。IC设计企业已达50多家,包括华微、科胜讯、虹微等国内著名本土企业。英特尔、友尼森等项目的引进,使成都成为西部最大的芯片封装测试基地;中芯国际8英寸芯片量产成功,使中国西南地区拥有世界领先水平的产品设备和工艺流程。另外,BOC、联华等一批配套企业也相继进驻成都。
当前,一个由IC设计、晶圆制造、封装测试及配套项目组成的完整的集成电路产业链,在成都已经初步形成,中国集成电路“第三级”雏形初现。
2.对地区经济的带动作用
根据主导产业理论,主导产业可以形成持续高速增长的增长率,具有较强的扩散效应,对其他产业乃至所有产业的增长有决定性的影响。
集成电路产业正在成为成都新兴的主导产业。据资料统计,其产业带动作用在1∶8左右。成都IC设计产业化基地产生的聚集效应,有效的促进了企业间的交流与合作,扩大了地区IC设计产业的影响,使成都得到更多外来资金与人才支持;更重要的是IC产业对地方经济的带动辐射作用显著,仅刚量产的成芯8英寸晶圆项目2.75亿元的投资就可初步带动百亿元人民币的产业规模。
3.在产业链中的地位
从国内集成电路产业格局来看,截止2006年8月,以上海为中心的长三角区域集中了全国50%的设计、55%的制造、75%的封装测试业务,是国内IC产业的“硅三角”;环渤海区域以设计业为主,珠三角区域则以设计和封装测试业为主。
相比,作为中国IC产业“展翅飞翔的大鸟尾翼”,成都的状况不容乐观:一方面,决定地区芯片产业发展水平,附加值最高的本土IC设计能力发展不足。真正体现核心技术的IP资源严重不足,芯片设计需要向外国公司交纳高额产权授权费,而国内开发商的自主技术由于缺乏从IP开发到芯片设计的开发环节没有良好支撑而难以跨越商业化的鸿沟;另一方面,产业内大多企业投资基本限于产业链下游低利润的封装测试业务。
可见,成都仅处于全球分工体系中产业链的下端。本土企业大多沦为外国品牌的OEM厂商,区域集成电路产业呈现出“大进大出,繁荣不富裕”的局面。
三、成都集成电路产业发展的影响因素分析
1.成都发展集成电路产业的有利条件
(1)初步形成的、完整的集成电路产业链,较完善的产业发展服务平台。
(2)区域市场需求总量大且增长迅速。
(3)较高的市场接触度。
(4)丰富的劳动力与自然资源。
(5)有效的技术交流与创新环境。成都电子科技大学、四川大学、西南交通大学不仅每年为IC设计业培养大批高素质人才,还为本地IC设计公司提供大量技术合作机会。另外,一些台资、外资系统公司如诺基亚、华为、中兴通讯、微软和盛大等也开始进驻成都,设立研发公司,共同形成了成都IC产业及周边产业的完整生态系统。
(6)良好的政策环境。成都市政府颁布了一系列以国家政策为基础的鼓励电子信息产业发展的文件,通过相关政策引导和支持,以国际产业链转移为契机,促进地区集成电路各个环节的协调发展。
(7)良好的金融环境。作为西南经贸中心与金融中心,成都市外资金融机构设立的代表处及分行居中国西部各城市首位,证券业务成交量列全国第三,民间资本流动活跃。
2.成都发展集成电路产业的制约因素
(1)地区高级人才供应不足。
(2)产业链中设计与制造业环节薄弱。
(3)地区经济发展不平衡。
(4)投融资体制国际化程度不高。
(5)国内各区域发展缺乏统一协调机制。
四、打造成都集成电路产业第三级的对策建议
1.选择适当的发展模式
北大微电子发展战略研究室的数据表明目前中国的IC产业与GDP增长之间还没有显示出协整关系,即政府宏观经济政策不必然影响IC产业。因此当前中国IC产业更需要强有力以至足以抵消众多小冲击的产业政策而不是整个经济层面的宏观经济政策,给本土企业更多发展空间。
纵观世界科技后进国家IC产业成功发展道路,政府的引导和调节作用不可忽视。其中,日本和中国台湾体现了较为典型的政府主导作用模式。
日本政府采取扶持、引导与协调的方式促进本国集成电路产业发展。以上世纪70年代中后期的VLSI项目为例,日本政府提供了总投资中约40%的资金,成功地使日本取代美国坐上全球半导体产业的首席。
中国台湾政府统筹规划,早在上世纪70年代中国台湾当局就详细的制订了产业发展计划,政府从培养人才筹建工业园区开始,使台湾集成电路产业顺利地进入如今的Dram制造阶段,成为世界集成电路产业的重要一极。
因此,不妨以日本和中国台湾的发展模式为蓝本,结合成都的具体特点,积极促进企业间的交流合作并提供相应的资金支持,促进产业升级。
2.自我定位,明确发展重点
按照区域个性化和产业差异化发展理论,一个城市只有在产业发展定位上拥有特色,才能真正拥有核心竞争力与持续发展能力。
IC设计业几乎是纯粹的智力密集型产业,需要相当高的专业设计能力,中游芯片制造业属资金密集型,而下游封装测试更看重资源与市场需求状况,产品以空运为主,运输成本占生产总成本的比重很小。
虽然本着扬长避短的原则,成都市IC产业取得了今天的成就,但集成电路是现代信息社会的基础,是改造和提升传统产业的核心技术,故不断寻找核心竞争力才是出路。政府应根据地区特点与潜力,发挥本地优势,寻找合适的IC设计与制造方向,抓住机遇,掌握未来信息技术核心的主动权。
3.营造随“机”应变的政策环境
外商投资的市场与技术垄断性,与我国内资本土企业增强自主创新能力具有本质上的矛盾。各国的引资实践也证明了市场换不来技术,研发自主技术才是关键。因此,政府需要鼓励本土企业产品的自主创新,兼顾和提倡原创性的技术发明,并通过制定相关法律法规政策为技术的有效交流和良性竞争搭建平台。
同时,技术创新的环境建设也需要创新,更需要扶持政策的持续执行。用政策创新保证产业创新,产业政策也要随“机”应变。
4.优化投资环境
芯片行业有一两至三年的行业周期,目前国际上正处于第七个周期的波谷阶段,这个时期的基础建设建成后刚好可以避过波谷,迎合产业复苏开始发挥作用。英特尔选择该阶段在成都的投资不无这方面的考虑。
成都较紧张的能源供应、与东部相比较悬殊的物流成本与效率、不够完善的生活配套设施,极大地减少了投资环境的吸引力。因此政府保障能源供应,抓好物流基建,完善基础与配套设施。
另外,针对成都IC人才的支撑不足问题,只有通过高校与职业教育共同努力,并实施直接满足企业需求的校企联合项目,才能提高整个产业链所需人才的技术水平。
5.转变外资管理体制,重塑比较成本优势
长久以来,我国选择的纵向外资的确在很大程度上推动了我国经济的发展。然而随着我国经济总量的飞速增长,纵向投资对我国经济的拉动效应已日益减缓。故国内有关学者认为应该考虑将外资引进重点放在横向外资上。
从成都经济今年的发展势头来看,成都将很快失去自然资源和劳动力优势。所以政府不妨继续采用借外部力量、嵌入外部价值链的方式利用成都的区位人才优势和较高的市场接触度、辐射度,在不断发展过程中重塑自身比较优势,以吸引更多的横向外资,真正享受外资企业带来的核心技术外溢效应。
6.构建集成电路产业的东西部协调机制
国内各地“小而全”的集成电路发展状况最终将导致同质化的恶性竞争。所以东西部各地需建立一种“市场调节”和“政府调节”相结合的协调机制。一方面发挥市场配置作用推动相关生产要素的自由流动,在各地自身优势的基础上促进集成电路产业链在国内的平滑转移;另一方面,从市场准入和政策优惠上,给予西部尤其是成都本土企业更宽松的政策环境,通过“看得见的手”人为促进成都IC产业在全国IC产业链中地位的提升。
参考文献:
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关键词:同步数字集成电路 设计 时钟偏移
中图分类号:TN431 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)07-0229-01
面对当前21世纪科学技术的迅速发展,在同步数字集成电路的设计中,时钟偏移的影响力也越来越受到设计人员的关注。受时钟偏移的影响,导致在长时间的应用中,时钟频率出现的越来越高,也由此增加了时钟偏移在同步数字集成电路中的重要性。一般而言,任何一个系统中若出现过多的流水线级数,则会导致时钟偏移的可能性增加,并由此影响数字集成电路的同步进行。在解决这一问题的过程中,本文从同步数字集成电路、时钟偏移、时钟偏移分析等三个方面出发,对这一问题的完善做如下简要分析:
1、同步数字集成电路
在当前数字集成电路设计中,最常用的方法为同步方法,这一方法除了能最大限度的发挥出集成电路的优势外,还具备高度的可靠性。但在实际应用中,所谓的同步,具体是指该电路系统在实际影响中,其所包含的触发器都能在一个公共时钟的控制下进行运行。结合同步电路的整体运行结构,其内部构造主要由组合电路、时序电路及时钟分配网络等三个方面构成。这三者之间有着相辅相成、缺一不可的关系。集成电路在很大程度上与组成电路之间存在着较大的差别,组合电路能够随时输出稳定状态,而集成电路则不行。此外,在整个集成电路中,时钟偏移的出现,在扰乱整个时序单元的同时,还会使整个集成电路的内部处于混乱状态,甚至在情况严重时会出现瘫痪,这些,都需要设计人员进行考虑,并对其进行完善。换而言之,在整个同步数字集成电路的实际运行中,要想从根本上保证电路的运行秩序,其核心在于保证各个时序单元的时钟信号处于正确状态,只有这样才能得到正确的逻辑值,从而确保整个电路功能的正确发挥。
2、时钟偏移
在整个同步数字集成电路设计中,若使用边沿触发式触发器的同步系统,则必须要求所有的触发器都在同一时刻对时钟出发沿进行接收,并以此来确保集成系统的正常运行。若单纯的从理论角度出发,电路中的触发器所使用的都是同一个时钟信号,但其中一个触发器接收到的时钟信号要比另外一个的时间晚很多。换而言之,即同一信号在发出后,到达的时间不同,这就是所谓的时钟偏移。但在实际应用中,若出现最大传递延时的状况,则能从很大程度上反应出信号出现了变化,且最慢的接收器也会在一定时间内响应这种变化。而正是这种延时状况,在很大程度上确定了电力的最大允许速度,即人们常说的最大传递延时。与之不同的是,最小传递延时在实际应用中,能够在很大程度上表示输入时间的变化,一旦输出时间出现了变化,则其中传递的时间都会受到影响。但与最大传递延时相比,这种延时所造成的影响要小的多,因而在一定程度上更适合应用到时钟偏移的研究中。
3、时钟偏移分析
科研人员在整个同步数字集成电路的设计研究中,受时钟信号的影响,在考虑整个电路时序单元的同时,还需要电路设计的各个环节考虑进去。从现有的集成电路设计方案能够得出,在引起时钟偏移的众多原因中,导线长度及负载的不均衡是引起时钟偏移的主要因素;再加上串扰(即一根信号线的能量串入到另一根信号线中)因素的影响,都会在很大程度上引起时钟偏移的现象。在大型 PCBO或ASICO专用集成电路设计中,通常难以找到可能引起时钟偏移的所有原因。所以,大多数ASIC制造商都要求设计者提供额外的建立和保持时间容限,但在这些应用中,其时间容限往往存在与系统内部的延迟部位,这些部位都会因时间延迟而引起相应的后果。面对当前集成电路研究步伐的加快,时钟偏移的大小与极性都会对整个集成电路的稳定性及功能性造成影响,与此同时,任意两个相对的时序在运行中,其相邻的寄存器都会受自身极性的影响,出现颤抖,这些都会影响时钟的正常运行,并由此导致时钟不确定因素的出现,而这些,都需要科研人员对整个时序进行相应的分析,确保集成电路的顺利运行。
4、结语
综上所述,在当前同步数字集成电路设计的研究中,时钟偏移作为最常见的问题之一,在影响整个集成电路正常运行的同时,还会对系统的性能造成影响。在完善这一问题的过程中,设计人员只有在了解时钟偏移产生的机理上,才能采取相应的措施来缓解这一现象。这就需要设计人员能够结合着我国集成电路发展的基础,不断学习国外集成电路的研究技术,将其运用到我国的实际发展中,在推动集成电路发展的同时,还能为其今后的发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]殷瑞祥,郭镕,陈敏.同步数字集成电路设计中的时钟树分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2011,(06).
篇8
地缘优势:反应速度+服务支持
本土公司的最大优势是反应快。从新产品的定义、设计到制造较为迅速,这对新兴市场的快速进入尤其有利。
另外,在服务支持方面,有些技术问题不是在实验室里就可以预测到的,但通常来说,国内客户很难与海外的芯片设计人员直接沟通,来解决系统层面的问题。而本土芯片设计人员可以和客户密切合作、共同开发、甚至可以深入现场一一钻入深山老林、爬到电线杆上去观察和解决客户在实际现场中发生的问题。
核心技术有突破
谈起单片机销售,归根结底取决于性价比好的产品,例如抗干扰性、低功耗、低成本等指标。
力争在技术上做出特色的上海海尔集成电路,定位是工业级高抗干扰、高可靠的8位通用及专用MCU。
上海海尔集成电路的第一个客户就是海尔集团,而海尔集团的白色家电对抗干扰性要求苛刻,尤其在洗衣机、冰箱、空调等电器内部都有大型马达/压缩机,要求内部芯片在干扰很高的条件下仍能正常工作。
抗干扰是个世界性的难题,这也是很多MCU厂家很难涉足白电的原因。为攻破此难关,上海海尔集成电路针对海尔集团的产品反复试验,研发了多年,因而积累了丰富的设计与工艺经验。
专用、通用相结合
纵观市面上的单片机公司,通常分为通用和专用两大阵营。一般日系做专用的较多,例如瞄准家电、电动车、电表等市场做专门的研发及推广;欧美系则通用型产品居多,特点是能够提供较为方便的开发环境,易于客户在多种应用中使用。
上海海尔集成电路的策略是通用与专用结合:开始以通用型产品进入市场:后续如果市场有足够的吸引力,就能快速进入专用型产品的定义、研发和推广。
专用型的难点在于定位准确。因为最终芯片可能要经过一两年才出来,到时预定的市场是否会发生变化?另外,IC厂家还需要跟系统厂商联系得非常密切。
依托系统厂商
我国IC专家的共识是:中国本土芯片企业容易在三个方面取得突破,1.满足中国标准的市场的兴起:2.有大量需求的市场规模的快速形成:3.配合系统厂商的IC设计需求。这第三点,也正是上海海尔集成电路具有的先天优势之――依托海尔集团。
上海海尔集成电路自2000年成立,首要的客户就是海尔集团。海尔集团作为投资方之一,在产品研发方面给与了大力支持。凭借集团的支持和产品应用的成功,上海海尔集成电路打开了国内白电、小家电、电表、工业控制、汽车电子等MCU市场。目前,该公司欲把销售渠道在国内广泛铺开。
8位单片机将与ARM Cortex-MO备领
现在一些MCU供应商推出了基于ARM Cortex-M0核的32位芯片,进军传统8位MCU市场。作为拥有自主知识产权的RISC架构厂商,上海海尔集成电路坚信8位MCU还是有自己的一片天地的。唐群分析道,之所以很多企业定位跟ARM绑定,原因是ARM阵营可以提供众多的Library(库)的支持:另外,很多厂商认为8位MCU的利润越来越薄,因此往ARM转,以此减少研发费用;不过,通用型Mo Mcu的RoM常规下要做得较大,而实际上有些应用不见得有这种需要:基于ARM核对MCU供应商来说也需要支付一定的版税。因此,如同到目前为止,8位Mcu不能完全覆盖4位单片机市场一样,M0也不可能完全覆盖8位单片机市场。
十年磨一剑
上海海尔集成电路是本土MCU厂商中,唯一一家做MCU产品及完整支持工具的专业企业,从仿真器、编程器、一直到软件集成开发环境、c编译器等。
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作为活跃在模拟技术领域的半导体供应商,飞思卡尔半导体一直致力于为嵌入式控制系统设计者提供高度集成的系列功率开关、网络、通信、运动控制和电源管理应用产品。这些产品不同于具有单一功能的传统模拟产品,飞思卡尔可在单个集成电路中提供多种可改善和简化系统设计的关键功能。用户则可受益于这些产品的成本效益并缩短产品上市时间。本文将结合飞思卡尔在模拟技术方面的创新,对未来的模拟市场的最新发展。
满足模拟市场增长需求
据Databeans Estimates预测,到2010年全球模拟半导体市场将以12%的复合增长率成长,亚太地区将高达17%,中国市场的增长尤为可观,将高达20%。未来几年,通信设备、消费电子产品将是驱动半导体市场成长的主要动力;此外保安、数字广播、节能及监控、汽车电子系统、工业设备等需求也将相应增加。通信设备、消费电子及电脑仍是中国三大主要市场;而且,中国已成为全球最大的手机生产基地之一。2006年3G通信设备市场将会继续成为国内最大的垂直整合产品市场。中国电子产业的可观增长,将需要更多的模拟集成电路来支持更多创新的功能,从而刺激对模拟集成电路的需求。这些都为厂商提供了有利的机遇和条件。
作为设计和开发高度集成的混合信号模拟集成电路的厂商,飞思卡尔不断将用户所需的关键系统功能融入到令人兴奋的解决方案中。飞思卡尔的电动(power actuation)解决方案包括:低端开关、高端开关、H桥和可配置开关、H桥步进电机、前置驱动器、电爆驱动器、发动机电压调节器;电源管理解决方案包括:线性稳压器、开关稳压器、热插拔控制器;网络收发器包括:连接解决方案(CAN物理接口、LIN/ISO9141/J1850物理接口、分布式系统接口元件)和千兆SerDes收发器;信号调整产品包括:弹性I/O;特殊功能及有线通信产品包括:音频放大器、电流控制器、ISDN、Ringer、UDLT、话音与数据编码(MC14LC5480系列数据信号编解码器、过滤器);此外还有嵌入式MCU+功率器件。
飞思卡尔的模拟产品可以在无线通信、数字和硬拷贝影像、汽车和工业等许多领域应用。公司也在将功率控制和电源管理方面的卓越新产品增加到产品线中。
SMARTMOS工艺实现先进功能
飞思卡尔的集成电路功能强大,可为动力、控制和通信应用提供许多独到的特性。专有的SMARTMOS(注:SMARTMOS为飞思卡尔的产品商标)混合信号半导体工艺可实现高密度逻辑与模拟和电源功能的共存,为设计者提供显著的集成优势。这些优势包括易于使用、突出的集成电路和负载保护特性,同时还可以减少元件数量和提高可靠性。
飞思卡尔的标准产品线包括功率开关集成电路、电源管理集成电路、网络收发器、汽车安全产品和专用功能器件。这些产品实现了单个芯片和集成级封装。每种器件都采用SMARTMOS工艺作为通用构建模块,以增加用户所需的功能。这些器件可与飞思卡尔的微处理器、微控制器和DSP一起运行。
SMARTMOS是嵌入式世界的最佳工艺。其独到之处在于结合了许多模拟器件所必需的特性,包括:NVM、iLDMOS、大电流金属、高电压、噪声免疫性、适应恶劣环境、感性负载开关和干扰免疫性、105V的能力,等等。这些强大的功能加上工程设计匹配能力,使SMARTMOS产品成为了模拟设计的理想选择。
值得一提的是,虽然今天的高密度CMOS工艺具有很高的处理能力,但是它不能与大多数现实世界的系统进行直接交互。在嵌入式系统中,现实世界的信号仍然需要经过处理器,负载也需要进行驱动。此外,处理器还需要有干净的电源,同时还要对其进行保护,以免受到外部世界恶劣电气环境的影响。
SMARTMOS是一种融合型CMOS工艺,它集成了精度模拟、功率器件和逻辑电路。采用SMARTMOS技术的集成电路可以实现CMOS工艺所无法得到的性能。嵌入式系统设计者可以将诸如稳压、功率MOSFET、输入信号调节、瞬态保护、系统诊断和控制等功能融入到低成本的单片集成电路中,从而省掉数十个元件。
SMARTMOS技术产的应用主要分为四大类――电源、通信、保护和控制。电源产品可以用具有现实世界能力的模拟/电源接口保护敏感元件;通信产品是用来与其主MCU通信实现网络通信的器件;保护产品可对其本身及其负载、匹配的MCU和电气线路进行智能保护,以免受到环境压力、故障或过载的影响;控制产品具有控制驱动大电流和大功率负载的能力,例如:螺线管、继电器、灯、电机和被动负载。
以形式划分,SMARTMOS产品有3种主要类型――单芯片SMARTMOS集成电路、多芯片单封装智能大功率开关产品,以及智能分布式控制产品。这些产品系列之间的通用线程是SMARTMOS硅材料。
SMARTMOS集成电路产品功能丰富,其混合信号构建模块包括:A/D和D/A转换器、轨对轨运算放大器、比较器、充电泵和栅极驱动器、稳压器、精度参考、数字逻辑和非易挥发存储器。在负载驱动应用方面,还有具备感应能量箝位、独立热管理(independent thermal management)、短路保护(short circuit protection)和负载感测诊断(diagnostic load sensing)的功率MOSFET产品。
此外,为满足网络和通信市场发展的需求,飞思卡尔还开发了千兆SerDes收发器产品,为市场提供了从分立SerDes解决方案向集成解决方案转移的路径。飞思卡尔的SerDes产品是一种高带宽系统内或芯片间、板卡间、背板或电缆通信的全双工和多通道数据接口收发器,可提供优异的信号完整性和最佳的质量特性。SerDes产品采用CMOS工艺,可使用工业标准材料,以降低成本、功耗和风险。
总之,采用SMARTMOS技术有助于设计者满足高精度元件在恶劣环境下运行的要求,提供强大的功率晶体管性能。新一代SMARTMOS 7是专门为0.35μm CMOS电路开发的,与0.5μm CMOS工艺的SMARTMOS 5相比,可提供接近10倍的数字密度。目前,采用0.25μm工艺的SMARTMOS 8也即将投入生产。
先进设计平台集数字模拟大成
DigitalPower是飞思卡尔为复杂集成混合信号系统级芯片(SoC)解决方案创建的设计平台。它利用超级智能功率技术SMARTMOS可显著提高数字密度,帮助系统级芯片设计者经济有效地将数字内容――微控制器和DSP核、串行接口、存储器和逻辑――融入在具有高性能模拟和大功率电路的芯片中。
该平台是一种真正的混合模式设计方法,可以实现3-A H桥与32MHz微控制器和处理器共存等大功率模拟功能。这种新的方法所提供的低功耗模拟功能包括:运算放大器、模数转换器(ADC)、脉冲宽度调制电路、通用I/O、宽能隙参考、波形发生器和滤波器。
DigitalPower技术的最初目标是打印机应用。利用DigitalPower能力开发的完整的喷墨打印机系统级芯片,集成了8位16.7MHz 68HC05微控制器核、16KB ROM、256字节RAM、IEEE-1284平行端口接口、DRAM控制器、四通道/8位模数转换器、系统时钟锁相环、16位定时器、16位COP看门狗定时器、逻辑门和4个25V H桥,以及5V 100mA线性稳压器、1.8 V~3.2V 25mA线性稳压器、开关模式稳压控制器,还有电机控制专用的硬件特性。所有这一切都集成在一个100引脚的TQFP封装中。目前,DigitalPower技术已广泛用于影像、数码相机、CD/MP3播放器和其他消费产品。其较早的产品是定制设计,现在已为这些应用开发了标准的系统级芯片。为了使ASIC设计者获得DigitalPower的好处,飞思卡尔还创建了一个数字、模拟和电源功能程序库。这个开放的程序库有助于用户集成自身的专用功能和IP,也可用于设计、开发和仿真工具。
推动模拟集成电路向高端迁移
近20年,模拟集成电路经历了稳健快速的发展;10年来,消费电子产品、通信产品、计算应用市场依然发展迅猛。与数字IC相比,模拟集成电路的应用依然是高端应用,即使数字集成电路能够实现完成与模拟集成电路相同的任务,达到相同的性能,模拟集成电路在通用和大批量市场中依然是高性价比的选择。作为全球重要的制造和采购基地,中国的模拟IC市场依然是全球关注的焦点,而且在未来1-2年仍然有着巨大的增长潜力。
先进电子产品需要采用更多的模拟集成电路,以支持更多新的功能。随着便携产品的小型化、低功耗要求,3C产品在给模拟器件带来巨大市场机会的同时,也对其提出更苛刻的要求。从整体趋势来说,速度、功耗、准确度、噪声及失真率等都是衡量电子产品性能的重要参数,这几方面的要求将日趋严格。这些正是厂商开发高性能的模拟芯片及子系统所追求的目标。
篇10
为满足集成电路方面教学和科研的需要,同济大学电子科学与技术系以985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费所购置的设备为主体,充分整合利用本系目前已有的设备,完成了一个覆盖完整的集成电路设计平台的构建。依托同济大学第8期实验教改项目的支持,电子科学与技术系在平台的应用方面进行了有益的探索:针对本科生实验教学完成了集成电路设计系列实验课程开设;在集成电路相关科研项目中进行了实际应用,为科研工作提供了良好的支撑。
【关键词】
集成电路;设计平台;实验教学;科研
进入21世纪之后,集成电路在我国相关产业及教育领域的重要性日益凸显。2000年6月,国务院了纲领性文件《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(国发2000〔18号〕)[1],明确了集成电路作为国家战略性新兴产业的地位。在其后的国家中长期科技发展规划等文件中,均将集成电路列为重要的发展方向,自此我国集成电路产业进入了蓬勃发展的时期。产业的快速发展必然需要科技和教育的配合。基于此原因,国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项—集成电路与软件重大专项,其后教育部、科技部决定在国内有相对优势的高等院校建立国家集成电路人才培养基地,分别于2003年、2004年及2009年分3批批准和支持20所高校进行人才培养基地的建设工作。笔者所在的同济大学为第2批建设的6所高校之一。
同济大学电子科学与技术系成立于2002年,历史较短,在集成电路方面的基础较为薄弱。但自成立之初便将集成电路设计列为最重要的教学与科研方向之一,参考国际知名高校以及国内兄弟院校的先进经验[2-4],在课程设置等人才培养环节进行了积极的探索[5]。但是,集成电路设计强调工程设计实践,如果缺乏相应的设计平台,仅以理论知识为主,会导致培养出的学生与产业需求契合度不高。这也是诸多高校在集成电路设计的实验设置及实践环节进行教学改革和积极探索的原因[6-7]。我系也意识到亟须加强实践环节的相关建设。基于以上原因,我们充分利用985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费的支持,在集成电路设计平台的构建方面进行了积极的尝试。
1建设方案与建设过程
1.1平台建设的基础依托985二期实验室建设、教育部修购计划两项经费为我系的教学改革提供了非常有力的支持,根据各个学科方向的统筹规划,分配约150万元用于集成电路及与系统设计相关的设备购置。购置的设备见表1、表2。除以上两部分设备之外,本系已经部分购置了与集成电路设计相关的设备,如Dell服务器、SUN工作站、各类测试与信号发生设备等。因此,我系已经初步具备了建设一个覆盖半导体器件制备与分析、集成电路设计与测试、系统级设计验证完整流程的专业实验与设计平台的基础条件。
1.2总体构想与平台规划基于上述基础硬件设备,我系在有限的场地资源中安排了专门的场地作为半导体器件与集成电路设计专业实验室,以支持集成电路设计平台的建设。将拟建设的半导体与集成电路设计专业实验室划分为4个功能区:服务器与中央控制区、集成电路设计区、集成电路分析与测试区、系统级设计与验证区。总体的规划如图1所示,功能与设备支撑概述如下。(1)服务器与中央控制区。主要空间用于放置3个机柜、承载两个机架式服务器(HP、Dell)、存储阵列(SAS15000RPM接口、初始配置7.2TB)、一个卧式服务器(超微)以及UPS电源、万兆交换机等供电和网络配件。需注意该部分噪声较大,故应与实验室其他功能区隔离。提供VPN、远程配置以及各类必要的服务,配置完整的EDA工具系统,覆盖集成电路设计全流程。(2)集成电路设计区。20个左右的工位,主要为HP工作站。具备两类工作方式:作为终端登录服务器系统使用;在服务器系统不能提供支持时独立使用。除工作站之外,配备2~3个文件柜、工具柜。(3)集成电路分析与测试区。主要功能为集成电路(晶圆、裸片、封装后芯片)的分析、测试。分析与测试系统以两套手动探针测试台(包括基座、卡盘、ADV显微镜)、超长焦金相显微镜(超长工作距离,2000倍放大)、4套微米级精确位移系统(包括探针、针臂、针座、线缆与接口)为主,并配备2台台式计算机以及信号发生器、稳压电源、逻辑分析仪1台、示波器1台,用作信号发生与记录、信号与图像采集功能。配备两个实验工具柜。(4)系统级设计与验证区。6个工位,配备2~3台计算机。考虑到面积有限,而该区功能较多,以多功能复用的方式设置工位的功能。该区的功能包括:①板级电路设计与测试。主要支撑设备为必要的计算机系统(软、硬件)。多台逻辑分析仪、示波器、信号发生器、万用表、稳压电源、必要的电子元器件及焊接设备等。②基于FPGA的系统设计。主要支撑设备为计算机系统(软、硬件)、4套Virtex-5FPGA系统。③嵌入式系统设计。主要支撑设备为计算机系统、3套VeriSOC-ARM9开发平台、多套PSoC开发套件、多套ARM开发套件、微控制器开发套件等。④集成电路系统级验证。与板级电路与测试共用各类设备。
1.3软硬件系统与设计流程构建基于新购买的存储阵列(NetApp)、服务器(DL380G7)、交换机(CISCO),并整合本系统原有的两台服务器(一台Dell机架式、一台超微立式),构成一个EDA开发服务系统。系统构建方面,我们进行了基于传统的EDA开发环境架构,以及基于虚拟化系统进行构建的两种尝试。存储结构上基于存储阵列,提供足够安全的冗余备份与保护。系统具备负载均衡功能。最终构建的系统可直接支持同一实验室内20台以上HP工作站的同时接入,并提供远程登录支持;以及通过同济大学校园网,提供外网的VPN接入支持。在硬件系统的基础上,我们安装配置了完善的EDA工具链,以提供覆盖全流程的集成电路设计支持。
2教学与科研应用
前述所构建的集成电路设计平台仅是基础的软硬件系统,如果要在实际的教学和科研工作中进行使用,尚需进行相关的课程大纲规划、实验方案设计以及实际的芯片设计检验。通过同济大学第8期实验教学改革项目的支持,我们在这些方面开展了一定的工作,主要包括以下两个方面。
2.1教学应用完成了实验方案内容建设,构建形成了一套覆盖集成电路设计全流程的实验方案,并兼顾半导体器件、集成电路测试;设计的系列实验应用于新开设的“集成电路设计实验”课程中,以丰富和扩展该门课程的实验内容,提高学生的学习积极性。该课程每周4学时,已经完成2013、2014两个学年的实验教学工作。具体的实验内容包括反相器实验(电路原理图输入、电路仿真、版图设计、版图设计规则检查及一致性检查、后仿真)、一位全加器系列试验、基本模拟电路单元设计实验、综合定制设计实验、硬件描述语言设计与验证实验(选做)、自动综合与布局布线设计实验(选做)。构建的软硬件平台,除用于集成电路设计实验课之外,亦用于电子系“半导体器件物理”“半导体工艺原理”等多门课程的实验环节,以及本科生毕业设计中。与现有的本科生各类创新活动相结合,为该类活动的人员选拔与培养、培训起到了一定的辅助作用。
2.2科研应用集成电路设计平台除用于相关的实验教学任务之外,亦可为相关的科研工作提供良好的支撑。在该平台所定义的开发环境及设计流程上,我们完成了两款65纳米工艺超大规模集成电路芯片的设计工作,其中一款已经返回,并进行了较为完整的测试,功能及性能均符合预期,芯片如图2、图3所示。这些设计很好地确证了该平台的完整性和可靠性。
【参考文献】
[1]国务院.国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知[EB/OL].2006-6.
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[3]于歆杰,王树民,陆文娟.麻省理工学院教育教学考察报告(二)—培养方案与课程设置篇[J].电气电子教学学报.2004(5):1-5.
[4]Bulletinforundergraduateeducation[EB/OL].
[5]罗胜钦,王遵彤,万国春,等.电子科学与技术专业培养方案初探[J].电气电子教学学报.2009(31):89-91.
[6]张立军,羊箭锋,孙燃.CMOS集成电路设计教学及实验改革[J].电气电子教学学报.2012,34(1):105-107.
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