芯片专业学什么:从物理到电路再到设计的四年课程顺序
没有一个专业叫「芯片」
在教育部《普通高等学校本科专业目录》现行版本里,「芯片」不是一个专业名称。与芯片关系最直接的几个专业,都归入「学科门类:工学」下的「0807 电子信息类」:080701 电子信息工程(注:可授工学或理学学士学位)、080702 电子科学与技术(注:可授工学或理学学士学位)、080703 通信工程、080704 微电子科学与工程(注:可授工学或理学学士学位),以及 080710T 集成电路设计与集成系统。
其中对应芯片设计方向的是 080710T 集成电路设计与集成系统,负责打器件与工艺底子的是 080704 微电子科学与工程。两者是不同代码、不同名称的专业,报考时按哪一个填,对应的主干课并不相同。
代码末尾那个「T」来自目录说明里的分类界定:「专业目录包含基本专业和特设专业。基本专业一般是指学科基础比较成熟、社会需求相对稳定、布点数量相对较多、继承性较好的专业。特设专业是满足经济社会发展特殊需求所设置的专业,在专业代码后加'T'表示。」可见「特设」描述的是设置背景与需求类型,划分为哪一类不等于对办学水平作评价;要判断具体学什么,仍要看该专业的培养方案。
关于「四年」也有一个前提:目录写明「本科教育的基本修业年限为四至五年,各专业修业年限由有关高等学校在设置专业布点时确定」。下文讲的四年课程顺序,是这类专业的通行安排口径,具体到某所学校,以该校培养方案为准。
为什么设计课排在高年级
教育部高等教育司《"集成电路设计基础"课程教学基本要求(讨论稿)》对这门课的定位是:它是「为高等学校电子科学和通信与信息等学科高年级本科生和硕士生开设的一门课程,是培养我国急需的集成电路设计人才的入门课程,也是射频集成电路设计、专用集成电路设计等课程的基础课程。学习本课程要求学生具备必要的电子线路和数字电路的知识」。
这句话直接解释了课程顺序:设计类课程面向高年级开设,且开课前提是已经具备电子线路与数字电路知识,那么前段必然要先排数理基础与电路类基础课,把电子线路、数字电路这些先修内容走完,后段才谈得上进入设计方向。同一份要求还写明设计者需要具备的知识结构:「需要设计者具备系统知识、电路知识、EDA工具知识和工艺知识,具有广阔的工程背景。」
课程内容是自下而上搭起来的
这门课的教学基本内容依次为:集成电路设计概述、集成电路材料结构与理论、集成电路基本工艺简介、集成电路特定工艺、集成电路器件及SPICE模型。顺序本身就说明了层次。
在材料、结构与理论部分,要求是「熟悉半导体基础知识」「掌握PN结与结型二极管知识」「掌握双极型晶体管基本结构与工作原理」「掌握MOS晶体管的基本结构与工作原理」。到工艺部分,要求转为「了解外延生长」「了解掩膜的制版工艺」「了解光刻原理与流程」「了解掺杂原理与工艺」「了解绝缘层形成」「了解金属层形成」。工艺之后才是器件及SPICE模型,再往后才进入设计环节:该课程以「集成电路设计工艺和制造的全过程、集成电路设计工具以及集成电路的基本单元设计为主要教学内容」,目标是「使学生能在较为全面地了解集成电路设计工艺、掌握设计工具的基础上,基本掌握集成电路基本单元的设计,为更复杂、规模更大的电路和系统的设计奠定基础」。
所以本科阶段接触到的通常是基本单元设计这一层,规模更大、更复杂的电路与系统设计,是这门「入门课程」之后的延伸内容。
决定深造路径的几门课
某高校公开的物理与信息工程学院培养方案显示,其微电子科学与工程专业核心课程为:电路分析原理、模拟电路、数字电路、信号与系统、电磁场、CMOS模拟集成电路设计、固体物理与半导体物理、半导体材料、半导体器件物理、集成电路制造工艺、微电子封装、集成电路测试技术、存储技术基础。
该专业对自身知识体系的表述是:「本专业以半导体物理、器件与工艺为基础,系统构建覆盖集成电路设计、制造、封装与测试的完整知识体系……形成'厚基础、宽口径、强交叉'的知识结构。」循着这个定位看,固体物理与半导体物理、半导体器件物理、集成电路制造工艺这类课程,是把知识体系从电路层面推进到器件与工艺层面的关键节点,本科阶段在这里打下的底子,决定了后续深造能往哪些方向走。
学了芯片是不是就去做芯片
产业链上的设计、制造、封装测试属于不同岗位类别,同一专业的毕业生不会全部落在同一个环节。上述高校培养方案对去向的表述是:「毕业生可在集成电路制造企业、集成电路设计公司以及通信、计算机等信息科学技术领域及相关的交叉学科领域从事研究、开发和管理工作,也可在国内外高校、科研院所继续攻读微电子、集成电路以及相近领域的硕士、博士学位。」
这与课程口径是一致的:课程既覆盖设计工艺与制造的全过程,也要求掌握设计工具,但教学目标是「基本掌握集成电路基本单元的设计」,更大规模的电路与系统设计是后续积累。因此去向既可能是设计公司,也可能是制造企业或通信、计算机等交叉领域,岗位差异由所在环节决定。
常见问题
志愿系统里能直接搜到「芯片」专业吗?
不能按俗称检索。填报时要按专业目录里的正式名称与代码确认,例如 080710T 集成电路设计与集成系统、080704 微电子科学与工程。遇到学校自设的方向班、实验班名称,建议回到所属专业的培养方案核对课程设置。
080710T 与 080704 的培养重心怎么区分?
两者专业名称与代码都不同,差别体现在主干课上。按上述高校的公开口径,080704 一侧以半导体物理、器件与工艺为基础构建覆盖设计、制造、封装与测试的知识体系。判断方法是对照两方的核心课程清单,而不是看宣传名称。
这类专业一定都是四年吗?
不一定。教育部专业目录写明本科教育的基本修业年限为四至五年,具体年限由有关高等学校在设置专业布点时确定。确认方式以目标高校培养方案中的学制字段为准。
EDA 工具在本科课程里处于什么位置?
课程教学基本要求把它列入设计者应具备的知识结构之一,并要求学生在掌握设计工具的基础上完成基本单元设计。具体是随课实验还是单独设课,各校安排不同,需看培养方案中的课程与实践环节设置。
同名专业在不同学校的差别大吗?
会有差别。目录对不同专业给出了「可授工学或理学学士学位」等区分,修业年限也由高校在设置专业布点时确定,加上各校开课清单不同,因此比对培养方案是必要步骤。