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如何看待工信部設(shè)立集成電路一級學科?牽動業(yè)界神經(jīng)更多的考量有哪些
如何看待工信部提出的將設(shè)立集成電路一級學科?業(yè)界呼吁多年的“設(shè)立集成電路一級學科”事宜終于迎來歷史性的時刻。10月8日,工信部公布了一份答復政協(xié)《關(guān)于加快支持工業(yè)半導體芯片技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化自主發(fā)展的提案》的函,函中工信部指出,中國集成電路產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)受制于人的局面仍然沒有根本改變,急需加強核心技術(shù)攻關(guān),保障供應鏈安全和產(chǎn)業(yè)安全。在這一答復函中尤其指出了要“推進設(shè)立集成電路一級學科,進一步做實做強示范性微電子學院?!备蠹蚁氲囊粯樱谖覈捏w系下,設(shè)立一級學科對于學科發(fā)展意義重大?!讣呻娐吩谛录悠戮褪莈ce電子計算機工程下的一個方向而已」,但是那是在美國,在國內(nèi),一級學科還是電子下面的二級學科差別非常大。
日前,復旦大學宣布,該?!凹呻娐房茖W與工程”博士學位授權(quán)一級學科點將于2020年試點建設(shè),并啟動博士研究生招生。消息一出,業(yè)界為之振奮。中國科學院微電子研究所副所長、中國科學院大學微電子學院副院長周玉梅盛贊此乃“破冰”之舉;中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院集成電路研究所所長、中國半導體行業(yè)協(xié)會副秘書長王世江也認為此舉意義重大,體現(xiàn)出國家和業(yè)界對集成電路人才培養(yǎng)的重視,將帶動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展氛圍進一步向好。
集成電路成為一級學科,牽動業(yè)界神經(jīng)

“設(shè)立集成電路一級學科”為何如此牽動業(yè)界神經(jīng)?
設(shè)立與集成電路有關(guān)的一級學科已經(jīng)經(jīng)過多年的討論,但由于一直存在各種爭議而無法成形。
作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心,集成電路是支撐國家經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導性產(chǎn)業(yè),其重要性不言而喻。
隨著學科的不斷發(fā)展變化,原有的一級學科劃分在事實上確實已經(jīng)限制了我國集成電路人才的培養(yǎng),進而影響到了我國集成電路產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。在中美貿(mào)易摩擦的背景下,這一問題被極具放大。工信部作為行業(yè)主管單位,對于行業(yè)發(fā)展中的“人才之殤”有切膚之痛。因此工信部也一直在積極推動集成電路人才培養(yǎng)的變革。此次表態(tài)也是彰顯了以工信部為代表的國家部委在推動集成電路產(chǎn)業(yè)的強烈意愿。在我國高校的體制下,成立集成電路一級學科,會極大促進集成電路這一細分領(lǐng)域在現(xiàn)有體系下的話語權(quán),同時促進資源的傾斜和整合,并不只是一個形式。
首先我們需要討論為什么需要設(shè)立集成電路一級學科。這其實是一個很龐大的問題,涉及到了我國的教育體制、科研體制、人才培養(yǎng)模式等多個方面,還涉及到集成電路這個行業(yè)的發(fā)展變化。作者先簡單討論一下。
首先是集成電路產(chǎn)業(yè)自身的發(fā)展。作者在此前的知乎Live:《你可能學了假的數(shù)字集成電路》中談到了產(chǎn)業(yè)發(fā)展導致學科分工變化的問題。
曾經(jīng)的集成電路是一種元器件,其它的元器件還包括電阻、電容、電感、磁性器件等等很多類型。而電路設(shè)計是用不同類型的元器件在電路板上構(gòu)成功能電路。
而隨著集成電路技術(shù)在摩爾定律的驅(qū)動下飛速發(fā)展,集成電路由一種元器件發(fā)展成為了電子系統(tǒng)的核心。如今,一個電子信息系統(tǒng)的大部分甚至全部功能都可以靠一個集成電路或者幾個集成電路配合完成。因此集成電路就由原來的一種元器件變身成為了電子信息系統(tǒng)的主要載體。這也是為什么美國對我國集成電路進口實行所謂的“管制”以后,會對我國的電子信息產(chǎn)業(yè)整體造成較大的沖擊。
正是由于這種技術(shù)進展的變化,導致了電子信息系統(tǒng)的設(shè)計方法發(fā)生了很大的變化?!坝迷骷陔娐钒鍢?gòu)建功能電路”這一設(shè)計方法逐步的被放棄,取而代之的是“芯片即電路”甚至“芯片即系統(tǒng)”。可以說電子系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)變?yōu)榱恕霸谛酒献鲭娮酉到y(tǒng)“。這其實上已經(jīng)打破了傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)的分工。
但我國目前電子科學與技術(shù)的學科劃分還是按照傳統(tǒng)的模式來劃分的。而傳統(tǒng)上電子科學與技術(shù)各個二級學科的分工是這樣的:
“過去十年,我國集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,整體實力顯著提升,但與先進國家和地區(qū)相比,依然存在較大差距,高端芯片產(chǎn)品大量依賴進口,難以對構(gòu)建國家產(chǎn)業(yè)核心競爭力、保障信息安全等形成有力支撐?!睆偷┐髮W微電子學院副院長周鵬在接受《中國電子報》記者采訪時表示,“解決我國集成電路核心技術(shù)受制于人的關(guān)鍵在于人才,人才是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的第一要素。我國集成電路人才嚴重短缺,不僅缺少領(lǐng)軍人才,也缺少復合型創(chuàng)新人才和骨干技術(shù)人才。”
《中國集成電路產(chǎn)業(yè)人才白皮書(2017-2018)》顯示,到2020年前后,我國集成電路產(chǎn)業(yè)人才需求規(guī)模約為72萬人左右,截止到2017年年底,我國集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有人才存量40萬人左右,人才缺口為32萬人,年均人才需求數(shù)為10萬人左右,而每年高校微電子專業(yè)領(lǐng)域的畢業(yè)生中僅有不足3萬人進入到集成電路行業(yè)就業(yè)。
“集成電路產(chǎn)業(yè)對人才需求十分旺盛,人才供給確實是當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的嚴峻問題?!蓖跏澜嬖V《中國電子報》記者,“按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和人均產(chǎn)值來估算,到2021年前后,我國集成電路人才缺口依然接近30萬人?!?
針對人才匱乏的現(xiàn)狀,周玉梅在接受《中國電子報》記者采訪時指出,這與我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特殊性密切相關(guān)。集成電路發(fā)明不過60年,縱觀人類社會發(fā)展的歷史長河,還沒有哪一類技術(shù)能在如此短暫的時間內(nèi)就應用到生產(chǎn)生活的方方面面,改變著人類生活和社會治理,并成為支撐信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。在國家科技重大專項的推動下,我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,年增長率達到了20%以上,人才短缺成為不爭事實。但人才培養(yǎng)和成長有其規(guī)律性,需要時間。與此同時,除集成電路產(chǎn)業(yè)自身需要微電子方向的人才,其他新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)也急需有微電子背景知識的人才,如人工智能、云計算、網(wǎng)絡(luò)安全、物聯(lián)網(wǎng)、通信產(chǎn)業(yè)等,導致在有限的人才培養(yǎng)的總量上,還被其他行業(yè)進行了分流,在一定程度上造成了行業(yè)內(nèi)人才流失。
那么為什么需要設(shè)立集成電路一級學科?設(shè)立集成電路一級學科后會對人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生什么樣的影響?應該如何建設(shè)集成電路一級學科?本文作者就自己的經(jīng)歷和視角提出一些自己的看法供大家參考。
微電子/半導體學科負責的是研究如何把材料加工成電子元器件,加工的過程就是“工藝”。而電路與系統(tǒng)學科負責是研究“器件的應用“,研究如何用元器件構(gòu)成電路。而在這個過程中需要有一個電路建模和分析的過程。我們電子信息類專業(yè)原來的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程電路分析、模擬電路等其實主要就在講這些內(nèi)容。而通信、儀器儀表、自動控制等學科則是在電路的基礎(chǔ)上研究如何形成“整機裝備”。
光這么說可能有點抽象,我們用一個不太準確的例子簡單的說明一下:
這是在網(wǎng)上找到的一張老式程控用戶電話交換機內(nèi)部的電路圖,可以看出它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是由一個母板上插了若干個擴展電路板構(gòu)成的。如果對照上面的分工的話,可以大致的認為微電子/半導體學科是研究電路板上的那些元器件的,電路與系統(tǒng)學科是研究如何做這些電路板子的,而整機類學科是研究如何利用電路板把這個交換機給做出來的。
2010年我給本科生開了一門課叫《數(shù)?;旌霞呻娐吩O(shè)計》,主要是講如何設(shè)計ADC/DAC芯片的。當時有一個老先生來聽課,聽完了以后和我認真討論課程內(nèi)容。我當時覺得老先生對各個技術(shù)細節(jié)掌握得非常清楚,后來才知道老先生是當年國內(nèi)最早的一批做模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換的。但是他們那時候是設(shè)計了一個專門的信號采集板,用了很多運放和邏輯電路來實現(xiàn)了今天一顆芯片甚至是一個IP核的功能。
隨著集成電路和整個電子信息產(chǎn)業(yè)的進步,整個的學科分工其實發(fā)生了巨大的變化:
集成電路的飛速發(fā)展導致電子系統(tǒng)單片化。把集成電路由一種元器件變成了整個電子系統(tǒng)的載體,因此原來由電路與系統(tǒng)甚至部分整機學科研究的內(nèi)容,實際上都包含在當今的集成電路設(shè)計范疇之內(nèi)。這使得集成電路的內(nèi)涵和外延都發(fā)生了根本性的變化。研究集成電路已經(jīng)不再是研究一種元器件,而是包含了從器件、電路到系統(tǒng)甚至軟件的綜合性學科。
我們再來看看現(xiàn)在的交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么樣子。從網(wǎng)上找的一個華為交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu),應該也不是最新型號,但也可以讓我們了解這其中的變化:
可以看出,除了電源電路那部分還有各種元器件搭配來構(gòu)成電路以外(這和目前電路與系統(tǒng)學科實質(zhì)上已經(jīng)“退守“到電力電子/微波電路等特定電路領(lǐng)域的現(xiàn)狀符合),在其它偌大的電路空間里面只是零星的分布著若干個集成電路。這兩種交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化深刻的反應了技術(shù)發(fā)展對于電子系統(tǒng)設(shè)計方法的深刻影響。而原有的學科劃分很顯然已經(jīng)被打破,已經(jīng)不適應新形式的發(fā)展。
那么如果按現(xiàn)有學科劃分,微電子與固體電子學只是電子科學與技術(shù)下面的二級學科,負責研究電子元器件(主要是半導體元器件,別的元器件分別由其它二級學科研究)。而集成電路只是在這個二級學科下面的三級學科,這顯然極大的限制了集成電路專業(yè)的發(fā)展空間。就好像一個長到十八歲的小孩還在穿他五歲時候的衣服一樣,必然是“勒得慌“。
如果具體展開影響會談的很多,我這里簡單談一下。
首先是在指定人才培養(yǎng)方案的時候會導致方案極不適應現(xiàn)行的技術(shù)體系。清華大學楊華中教授在訪談中也提到了這一點。
(詳情參見:清華大學教授楊華中:成功的集成電路創(chuàng)業(yè)者都有這五大特質(zhì))
楊教授在文中提出了國內(nèi)的微電子專業(yè)課程體系不完整。主要體現(xiàn)在我國的微電子專業(yè)基本沒有開設(shè)計算機體系架構(gòu)、通信與網(wǎng)絡(luò)、媒體處理等方面的課程。例如,推動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力從2000年開始就已經(jīng)從PC轉(zhuǎn)移到了移動通信、網(wǎng)絡(luò)和媒體處理,但是國內(nèi)的人才培養(yǎng)卻沒跟上。
嚴格意義上來說這鍋確實不應該微電子專業(yè)來背。因為如果我們把微電子專業(yè)看成一個培養(yǎng)“元器件制造“人才的專業(yè)的話,目前的課程體系其實還是合格的。但問題在于集成電路的內(nèi)涵和外延擴大了以后,我們在學科劃分上仍然按照集成電路是微電子專業(yè)的一個分支來看,培養(yǎng)的學生大面積的集成微電子專業(yè)的課程培養(yǎng)體系。這樣自然就會發(fā)現(xiàn)有很多課程沒有開設(shè)。但實際上這不是靠在微電子專業(yè)內(nèi)新開課程能解決的,而必須重新設(shè)計符合現(xiàn)有集成電路專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系。
從02年開始,也就是我讀本科那一年。全國部分院校開始大面積開設(shè)“集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)“這一專業(yè)。后來隨著”示范性微電子學院“的建設(shè),這一專業(yè)的建設(shè)進入了新的階段。然而由于沒有獨立的學科,集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)仍然逃脫不了原微電子專業(yè)課程設(shè)置和培養(yǎng)方案的制約。例如在考慮到學生未來研究生深造的問題,在課程設(shè)置時不得不削減了對于集成電路設(shè)計具有重要意義的”微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“(原微機原理)的課時而去加強XX物理的課時。
以上是對本科培養(yǎng)的影響,在研究生培養(yǎng)層面學科的影響更大。因為研究生的招生是按照學科來進行的,研究生導師的評定和聘任也是依照學科來開展的。在前面談到現(xiàn)在的集成電路已經(jīng)突破的元器件的概念,在內(nèi)涵和外延上已經(jīng)包含了原有學科劃分中很多其它學科的內(nèi)容。但由于沒有獨立的集成電路學科,這就導致從事集成電路方向研究的老師其實分散在多個學科內(nèi)部。其中微電子/電子科學與技術(shù)占了較大一部分,但是仍然還是有很多老師分布在如通信、計算機、儀器儀表甚至自動控制等學科中。但由于這些老師不是這些學科的“主流”,因此在職稱評定、研究生名額分配等方面都受到了一定程度的擠壓甚至是打壓。
此外,由于我國的學科建設(shè)是按照學科評估的方式來進行考評的,而我國的科研考評體系常年來受“五唯”影響較為嚴重。雖然自去年以來國家已經(jīng)開始對這一問題加以重視和糾正,但在建立起新的有效評估體系之前仍然無法有效的消除這一影響。對于集成電路這一研究領(lǐng)域而言,無論是發(fā)論文還是拿經(jīng)費的“效率”顯然是不高的。在沒有獨立學科的情況下搞集成電路的老師在各方面考評先天的就處于弱勢地位。作者之前經(jīng)常半開玩笑半認真的說過,如果以“唯論文”的標準,搞集成電路的研究就是自己在“找死”。以信號處理方向為例,很多時候用Matlab寫完幾百行甚至一百多行代碼跑幾個曲線已經(jīng)足夠發(fā)表一篇論文了。而如果要繼續(xù)把這算法變成芯片(或者至少設(shè)計出芯片的原型吧),至少又是半年多到一年的時間。搞不好最后你還發(fā)現(xiàn)做完了芯片發(fā)表出來的論文的“影響因子”和“分區(qū)”還不如之前純算法能發(fā)的高。在這種指揮棒的牽引下,自然很多老師為了自己的“生存”而不得不轉(zhuǎn)行。這方面的故事很多,篇幅有限就不一一展開了。
當然,以上的這些問題要想從根本上解決,歸根結(jié)底還是需要我國建立更為完善的人才培養(yǎng)制度、考評制度等制度上的建設(shè)和改革。但在現(xiàn)階段無法一步到位建成理想制度的前提下,通過將集成電路設(shè)立為一級學科,使得集成電路的人才培養(yǎng)方案可以相對獨立的制定,使得從事集成電路研究的老師能夠有所依托。這應該是目前解決我國集成電路人才培養(yǎng)和技術(shù)研究瓶頸最為現(xiàn)實的方法。
通過建設(shè)集成電路一級學科,我們可以理順當前集成電路學科與其它相關(guān)學科的關(guān)系,使之符合當今技術(shù)的發(fā)展狀況??梢葬槍呻娐啡瞬排囵B(yǎng)的特點,相對獨立的合理規(guī)劃本科專業(yè)培養(yǎng)方案和課程內(nèi)容??梢栽O(shè)置更為符合集成電路學科特點的考評體系和研究生招錄、培養(yǎng)模式。從而為緩解我國在集成電路人才培養(yǎng)問題上的窘境奠定較好的基礎(chǔ)。這也是推動設(shè)立集成電路一級學科的重大意義所在。
當然,設(shè)立集成電路一級學科尚未完全塵埃落定。
首先是需要理順集成電路學科內(nèi)部的各個子方向/二級學科,明確自身的定位和任務。根據(jù)作者以上圖片中對于學科發(fā)展的分析,作者建議可以參考國家重點研發(fā)計劃“光電子與微電子器件及集成”重點專項的劃分方法。將集成電路學科劃分為:集成電路與系統(tǒng)芯片、集成電路設(shè)計方法學、器件與工藝技術(shù)三個子方向。
其次就需要在劃定的學科范圍內(nèi),根據(jù)三個子方向設(shè)置合理的本科和研究生課程,從而全面的培養(yǎng)符合集成電路實際需求的人才。例如在集成電路設(shè)計方法學這一方向上應加強數(shù)學、計算機算法與微電子器件技術(shù)的融合,使學生有能力編寫仿真/模擬軟件。
最后,也是最重要的一點。需要按照學科范圍均衡合理的引進、培養(yǎng)師資力量。從而保障學科良性均衡的發(fā)展,從長遠的角度為國家的戰(zhàn)略需求穩(wěn)定的輸送人才。
總結(jié)如下:
集成電路屬于電子科學與技術(shù)(一級學科)下面的專業(yè)(二級學科),成為一級學科,意思就是集成電路和電子科學與技術(shù)沒有隸屬關(guān)系,是并列關(guān)系。
成為一級學科首選說明國家很重視,將得到很大發(fā)展。
比如以前統(tǒng)計學屬于經(jīng)濟學下面的二級學科(部分學校屬于數(shù)學類),軟件工程、網(wǎng)絡(luò)安全屬于計算機科學與技術(shù)下面的二級學科,現(xiàn)在都是一級學科了,也得到了很大的發(fā)展,但是在招生的時候,很多學校還是會把軟件工程、網(wǎng)絡(luò)安全作為計算機類專業(yè)統(tǒng)一招生。
哪些專業(yè)會成為集成電路(一級學科)下面的專業(yè)?
目前和集成電路相關(guān)的專業(yè)有集成電路集成系統(tǒng)、電子封裝技術(shù)、微電子科學與工程、半導體材料(一般在研究生階段)、集成電路設(shè)計(可能會出現(xiàn)),這些專業(yè)比較有可能成為集成電路(一級學科)下面的專業(yè)。
集成電路行業(yè)前景如何?
總體來說還是不錯的,有前景的,別問和計算機比怎么樣,問就是勸你學計算機。
美國對中國企業(yè)的一系列制裁,讓中國也充分認識到此件事情的核心是半導體行業(yè)的發(fā)展和芯片設(shè)計和制造的困境,因此今年這個行業(yè)的熱錢越來越多, 畢業(yè)生比較受歡迎。集成電路則是和此行業(yè)相關(guān)度最大的專業(yè),目前開設(shè)的學校不多,畢業(yè)生也不多,但需求還是比較旺盛的,起薪還算不錯,可能比不上計算機和軟件工程,但在工科中也算不錯的,比大部分工科專業(yè)好一些,關(guān)鍵是這個專業(yè)更吃經(jīng)驗,經(jīng)驗越多越吃香,不像互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)那么新老倒掛,不像程序員那么要不間斷學習新技術(shù),也不像計算機那樣淘汰率高,還有潛在的中年危機。2018部分半導體芯片企業(yè)校招行情,已經(jīng)不比互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)差多少了,很多985211畢業(yè)生拿到20萬/年已經(jīng)不算難事。
哪些學校集成電路(一級學科)比較好?
其實我國早就布局這方面的教育,但是因為復雜的原因一直在核心領(lǐng)域受制于人,前后一共批準了三批學校開設(shè)集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)。
2003年10月教育部、科技部批準了清華大學、北京大學、復旦大學、浙江大學、西安電子科技大學、上海交通大學、東南大學、電子科技大學、華中科技大學等九所高校為首批國家集成電路人才培養(yǎng)基地的建設(shè)單位。其中清華大學、北京大學、復旦大學、浙江大學、西安電子科技大學由科技部撥付專項經(jīng)費,其余高校經(jīng)費自行籌措,側(cè)面也說明這五所院校被國家更為看重。
2004年8月,教育部又批準了北京航空航天大學、西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱理工大學、同濟大學、華南理工大學和西北工業(yè)大學等七所高校為國家集成電路人才培養(yǎng)基地的建設(shè)單位。
2009年6月教育部再次批準了北京工業(yè)大學、大連理工大學、天津大學、中山大學、福州大學等五所高校為三批國家集成電路人才培養(yǎng)基地的建設(shè)單位。在這些學校中,西電、北工大、福州大學是唯三的211,哈理工是唯一的雙非,如果想學這個專業(yè),這些學校屬于性價比比較高的。
微電子示范學院(和國家集成電路人才培養(yǎng)基地有極大重疊)。
支持建設(shè)示范性微電子學院的高校名單:北京大學、清華大學、中國科學院大學、復旦大學、上海交通大學、東南大學、浙江大學、電子科技大學、西安電子科技大學。
支持籌備建設(shè)示范性微電子學院的高校名單:北京航空航天大學、北京理工大學、北京工業(yè)大學、天津大學、大連理工大學、同濟大學、南京大學、中國科學技術(shù)大學、合肥工業(yè)大學、福州大學、山東大學、華中科技大學、國防科學技術(shù)大學、中山大學、華南理工大學、西安交通大學、西北工業(yè)大學。
集成電路成為一級學科以后,仍然只是一個建設(shè)的起點。能夠真正的把這學科建設(shè)好發(fā)揮出應有的作用,才符合設(shè)置這一學科的初心。如何建設(shè)這一學科,相信很多專家自然有自己的意見。作者在此斗膽說幾句自己的想法,權(quán)作拋磚引玉。以上是本人對于設(shè)立集成電路一級學科的一些粗淺的看法和感想,又不足之處希望大家多多批判指正。
原文來自黃樂天(電子科技大學電子科學與工程學院,副教授)發(fā)表在《半導體行業(yè)觀察》文章原文標題:淺談集成電路成為一級學科,原文有經(jīng)過修改。
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