《系统级芯片(SoC)设计》课程思政案例

1、系统级芯片（SoC）设计课程思政案例（一）教学设计：系统级芯片（SoC）设计课程在大四第一学期讲授，教学过程 中遇到如下问题：（1）课程难度较高，与考研复习冲突，在学习过程 中，学生存在较大的畏难情绪，学习的内生动力缺乏；（2）课程需要 用到学生前三年学习的基础知识，但由于各局部内容分散在不同时间 段，学生综合运用这些理论知识解决复杂工程问题的能力不强；（3） 为追求学业成绩，大局部学生陷于理论知识的学习，参与实践的意愿 不强烈，动手实践和创新能力较弱。根据系统级芯片（SoC）设计的课程特点，在课堂讲授、实验、 课后作业、课程设计大作业等环节，从系统级芯片的世情、国情、行 情以及设计方法论等层

2、面，深入挖掘课程的思政元素，建设课程思政 案例5个，拓展专业课程的广度和深度，教学设计形成以下特色：（1）充分结合中美贸易战、芯片“卡脖子”的时事以及集成电路 产业链现状分析，激发学生的学习兴趣与科技报国的家国情怀和使命 担当。（2）以解决系统级芯片设计面临的挑战为主线，分析研讨设计技 术的原理，把设计方法论和科学精神的培养结合起来，提高学生正确 认识问题、分析问题和解决问题的能力。（3）在课堂教学和实验环节，融入国内外系统级芯片设计技术的 最新进展，在增强民族自豪感的同时，意识到精益求精的重要性，培 养学生的工匠精神。（4）校企协同，将华为课程资源一昇腾310 AI推理SoC作为案 例，介绍

3、SoC架构的特点，使学生切身体会到我国集成电路行业的先 进技术。（一）案例名称：SoC低功耗设计（二）案例教学目标理解CMOS电路的功耗来源，掌握低功耗设计技术的原理；了解 国内外超级计算机的开展现状，使学生感受我国科技和经济实力的快 速开展，增强民族自豪感，培养精益求精的工匠精神。（三）案例教学实施过程第一节概述为了讲解低功耗技术，首先让学生了解针对不同的应用领域（超 级计算机/数据中心,消费类电子设备,移动电子设备,生物芯片等）， 芯片功耗的区间不同，低功耗的概念是相对的。在介绍超级计算机应 用领域时，引入我国超级计算机技术的开展。超算T0P500网站对全世界超级计算机的性能进行排名，每年

4、发 布两次。我们国家的天河2号和太湖之光，分别六次和四次拿到冠军, 一共十次，相当于连续五年占据了 T0P500的冠军位置。用图1说明 中国超算的快速开展，可以看到中国用了大约十多年的时间，超级计 算机的总体性能方面已经赶超日本、欧洲和美国，使学生感受国家科 技和经济实力的快速开展，增强民族自豪感。对于表1内容展开分析，如图2所示，得到：（1）我国的太湖之 光采用了 10倍多的处理器核，到达与国外相当的性能；（2）我国太 湖之光的功耗是国外的2倍左右。从中发现我国超级计算机在能效上 的差距，在发现问题的同时，激励学生课后调研最新榜单中世界前十 的超级计算机，分析技术特点（课后作业），找到技术上

5、的差距，思 考降低功耗、提高能效的方法。之后引出要想降低功耗，就必须知道功耗的来源。基于一个典型 的CMOS电路讨论功耗的来源。引导学生运用之前学过的微电子器 件基础课程的知识，分析功耗的三个来源以及影响因素，进而写出 图4所示功耗公式。第二节低功耗设计技术首先，介绍动态低功耗技术中的时钟门控技术，降低时钟频率f 引起的功耗。介绍时钟门控技术的基本原理、实现方法和技术特点。其次，引入两个采用时钟门控技术的低功耗SoC设计案例：采用 两种时钟门控技术的PowerPC 630处理器和采用层次化时钟门控技 术的Alpha 21264处理器。通过两个实际案例，使学生深入理解时钟 门控技术的原理和应用方

6、法。再次，引入课题组最新的科研成果一采用时钟门控技术的功耗自 适应计算系统。该系统用于基于太阳能供电的物联网终端设备，基于 环境能量的多少自动调节计算操作，保持连续、高效的运转，适于山 林、野外环境监测等物联网应用。通过该科研成果激发学生对科研的 兴趣和创新意识。最后，利用雨课堂发布一道测试题，考察学生对本节课知识点的 掌握情况。根据答题情况，对相应知识点进行简单重复讲解。（四）教学效果及反思.教学效果学生对课程学习兴趣较高，知识点掌握较好。以2020-2021第一 学期授课为例，99%的学生喜欢学习该课程；95%以上的学生对授课内 容和教学方式满意；98%以上的同学认为解决实际工程问题的能力和 创新意识得到提升，希望投身集成电路行业。对超级计算机领域的调 研使学生对国情有了更深的理解，对面临的挑战有了更加切身的体会, 激发了学生们的学习积极性。学生表示“我们应该向着更高性能的芯 片方向加油”“为了进一步提高质量，需要我们继续努力”“只有不 断去发现，去探索，去创新才是未来超算开展的正确之路”。.教学反思作为工科专业课程，特别是集成电路相关专业课程，课程授课过 程中都会潜