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1、自然辯證法中的自然_微電子中的自然辯證法 微電子中的自然辯證法 提 要：作為信息技術的基礎的微電子技術的發(fā)展，特別是微電子半導體行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力的重要標志。并且半導體行業(yè)已經(jīng)進入到日常生活的各個領域，在我們的生活中扮演中極其重要的角色。自然辯證法的發(fā)展同自然科學的發(fā)展是緊密聯(lián)系著的，自然辯證法對于自然科學技術的研究包括對自然科學技術的性質、結構和功能的研究，對于科學—技術—經(jīng)濟—社會的關系等的認識，已經(jīng)形成共識。這一研究和自然科學論的研究也將為微電子政策的制定，微電子發(fā)展的規(guī)劃，微電子工作的領導和管理提供了理論基礎，其重要性日益顯得突出起來。而其在創(chuàng)新型人才的教育實

2、踐中，發(fā)揮著越來越大的作用。 關鍵詞: 自然辯證法 微電子方向 系統(tǒng)性 層次性 創(chuàng)新性 一、微電子方向介紹 微電子專業(yè)是以集成電路設計、制造與應用為代表的學科，是現(xiàn)代發(fā)展最迅速的高科技應用性學科之一。培養(yǎng)具有堅實的數(shù)理基礎，掌握微電子專業(yè)基本理論和實驗技術，掌握集成電路和集成系統(tǒng)以及其他新型半導體器件的設計方法和制造工藝，熟悉電子技術和計算機技術，具有一定的科學研究和實際工作能力的科學技術和工程技術人才。微電子學是一門綜合性很強的邊緣學科，其中包括了半導體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設計、測試等多方面的內容；涉及了電磁學，量子力學、熱力學與統(tǒng)計物理學、固體物理學、材料科學、電子

3、線路、信號處理、計算機輔助設計、測試和加工、圖論、化學等多個領域。微電子專業(yè)是研究在固體（主要是半導體）材料上構成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學分支。作為電子學的分支學科，它主要研究電子或離子在固體材料中的運動規(guī)律及其應用，并利用它實現(xiàn)信號處理功能的科學，以實現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實用性強。微電子學又是信息領域的重要基礎學科，在這一領域上，微電子學是研究并實現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲、處理和輸出的科學，是研究信息載體的科學，構成了信息科學的基石，其發(fā)展水平直接影響著整個信息技術的發(fā)展。微電子科學技術的發(fā)展水平和產業(yè)規(guī)模是一個國家經(jīng)濟實力的重要標志。 二、微電子方向中的哲學問題及其依據(jù)

4、本文中所涉及的微電子方向中的哲學問題由系統(tǒng)性、層次性和創(chuàng)新性三方面組成。自然辯證法是關于自然界和科學技術發(fā)展的一般規(guī)律以及人類認識自然和改造自然的一般方法的科學，其研究目的就是為了合理地處理人與自然以及人與 社會的矛盾。微電子電路設計作為一項協(xié)調人與社會關系的實踐活動，必然要遵循自然辯證法。系統(tǒng)性、層次性和創(chuàng)新性是自然辯證法的重要組成部分，在具體電路設計中也體現(xiàn)了這三方面的內容，所以其必然對電路設計有所啟示。 三、三個哲學問題的由來、成因和對專業(yè)的影響 現(xiàn)如今超大規(guī)模集成電路可以在芯片上容納幾十萬個元件，甚大規(guī)模集成電路將數(shù)量擴充到百萬級。而如今隨著需求的不斷提高，芯片級系統(tǒng)技術誕生，性

5、能越來越強,規(guī)模越來越大。由于深亞微米工藝帶來的設計困難等,使得設計的復雜度大大提高，所以如何從系統(tǒng)的角度將構成系統(tǒng)級芯片的各個模塊（控制邏輯模塊、微處理器微控制器CPU 內核模塊、數(shù)字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊）最優(yōu)化地整合到一塊芯片上，成為現(xiàn)如今電路設計者面對的問題。如此大規(guī)模的設計，必將導致設計難度大大增加，這就要求我們用系統(tǒng)性，層次性的觀點分析和解決問題。 目前國內IC產業(yè)與國際巨頭相比設計規(guī)模弱小，低水平重復開發(fā)的情況突出，目前國內IC自給率仍然較低，特別是高端產品制造嚴重滯后。由于我國半導體產業(yè)起步較晚，技術瓶頸嚴重、缺乏自主知識產權，技術含

6、量較高的半導體產品幾乎全部產自國外公司，同時關鍵技術、專利大多數(shù)掌握在外商手中，所以提高電路設計者的創(chuàng)新能力非常重要。近期美國禁止向中國4家超級計算機機構出售超級計算機芯片，可以看到芯片的自主可控是已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面，所以自主創(chuàng)新相當重要。 四、三個哲學問題的討論 在自然辯證法中，講到了系統(tǒng)觀，現(xiàn)代系統(tǒng)觀認為，事物的普遍聯(lián)系和永恒運動是一個總體過程，要全面地把握和控制對象，綜合地探索系統(tǒng)中要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)與系統(tǒng)的相互作用和變化規(guī)律，把握住對象的內、外環(huán)境的關系，以便有效地認識和改造對象。在電子系統(tǒng)的設計中，要處理好電子系統(tǒng)內部各個元素之間的關系，具體來講就是處理

7、好各個芯片、各個元器件之間的關系，它們之間怎 樣進行信號傳輸、怎樣進行耦合、元器件之間是否有干擾、是不是可以忽略這些 干擾或者消除減小等等，同時，電子系統(tǒng)在其數(shù)量、結構、功能等方面不等同于 各個自然要素（元器件、芯片等）的簡單疊加，因而，電子系統(tǒng)相對于元器件來說，是具有不可還原性的；對于一個電子系統(tǒng)，它與內部的各個元器件是相統(tǒng)一的，各個元器件通過相互聯(lián)系成為一個系統(tǒng)，而電路系統(tǒng)在整個應用中可能也只是其中的一個部件，同樣，在一個電路系統(tǒng)中，它會有一些芯片，而這些芯片本 身就是一個非常復雜的集成系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)與 要素兩者同生共存、密不可分。如今的電路設計已經(jīng)不單單是滿足人的需要和使用功能，還需

8、要體現(xiàn)出美觀、實用、經(jīng)濟等功能。在今天的“以人為本”的設計理念指導下，在一個強調人與社會協(xié)調發(fā)展的年代，人們已經(jīng)不滿足于僅僅因為其好用而使用它，而是在其即美觀又經(jīng)濟的基礎上的。這就要求電子設計師在進行電路設計中必須要有綜合的思維能力，在錯綜復雜的諸多因素中，抓住主要矛盾和次要矛盾以及矛盾的主要方面和次要方面。電路的設計過程其實就是一個不斷解決問題的過程，設計師只有解決好各要素、各步驟和各階段的問題，才能設計出一個健康、安全、可靠、高效、節(jié)能、方便的電路。我覺得電路設計系統(tǒng)觀主要體現(xiàn)在最優(yōu)化電路的設計上，也就是要在電路充分滿足設計要求的基礎上充分考慮節(jié)能和價格的需要，使設計的電路不僅有效地滿足各

9、種使用功能的同時，還要使得其在節(jié)能和價格上的最優(yōu)化。 如前所述，系統(tǒng)的機構具有層次性。系統(tǒng)科學進一步研究表明，整個自然界就是一個巨大的層次結構。自然系統(tǒng)的層次性主要是自然界物質系統(tǒng)的縱向聯(lián)系，是物質系統(tǒng)之間縱向的或垂直的有序關系。實際上，自然系統(tǒng)的層次性還包括兩個方面：一是系統(tǒng)在某一等級上又可以分為多側面的層次，即同一級的復雜系統(tǒng)，可從橫向上分為若干互相聯(lián)系、相互制約又各自獨立的平行層次；二是一個高度復雜的自然系統(tǒng)以縱向層次和橫向層次為基礎，還可以構成縱橫交錯的立體網(wǎng)絡結構形成交叉層次。集成電路的設計可以看作一個復雜的系統(tǒng)。其縱向層次即由上到下的層次為：編寫源代碼，設計規(guī)范檢查，仿真驗證，設

10、計綜合，布局布線，版圖物理驗證。而每一縱向層上又分橫向層次。比如設計綜合這一縱向層次中，需要分情況對不同的尺寸要求采用不同的綜合方法，綜合時還需要進行可測性和低功耗設計，最后在進行FPGA綜合。集成電路設計流程結構中，橫向和縱向結構中存在交叉。綜合過后需要根據(jù)時序驗證的結果，對電路重新進行仿真驗證。此外，設計中還存在其它許多交叉，這就是設計復雜性的體現(xiàn)。設計不會一次就成功，需要反復的修改，所以存在交叉的結構。綜前所述，將集成電路的整體設計流程看為一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合了自然界層級結構的特征：它是縱向等級構成性與橫向多元相干性的統(tǒng)一；也是間斷性和連續(xù)性的統(tǒng)一，設計時需要不斷的驗證設計結果，這就使得

11、設計發(fā)生了間斷，但這種間斷是為了得到所求的設計結果，因此又是連續(xù)的。 創(chuàng)新是人類社會發(fā)展的永恒話題。由微電子行業(yè)在幾十年的發(fā)展中可以看出，在微電子領域，其科研理論成果已較為成熟。其發(fā)展就需要依靠有效的工程轉化。工程架起了科學發(fā)現(xiàn)技術發(fā)明與產業(yè)發(fā)展之間的橋梁，是產業(yè)革命、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的強大杠桿。在建設創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略的實施過程中，工程創(chuàng)新應是一個關鍵性環(huán)節(jié)。科學技術轉化為現(xiàn)實生產力的功能一般都要通過工程這一環(huán) 節(jié)。科技成果的轉化，技術創(chuàng)新的體現(xiàn)，歸根結底都需要在工程活動中實現(xiàn)并檢驗其有效性、可靠性。在工程創(chuàng)新中，重點在于“集成創(chuàng)新”，即對所采用各類技術的選擇和集成過程中，對各類資源的組織

12、協(xié)調過程中，追求集成性優(yōu)化，構成優(yōu)化的工程系統(tǒng)。這就意味著工程不能只依靠單個技術，需要與之相關的技術協(xié)同支持。另外，在工程創(chuàng)新中，要把技術要素和經(jīng)濟、社會、管理等要素進行在一定邊界條件下的優(yōu)化集成。比如在微電子設計中，考慮人的需求，預算，設備以及技術水平，從工程的總體尺度上對技術、市場、產業(yè)、經(jīng)濟、環(huán)境、社會以及相應的管理進行更為綜合的優(yōu)化集成。這也就決定了發(fā)展的戰(zhàn)略、工程的決策和設計、以及所要采用的技術、生產運行優(yōu)化。創(chuàng)新分“突破性”創(chuàng)新和“漸進性”創(chuàng)新兩大類。在工程創(chuàng)新中，兩者都需要考慮?！巴黄菩浴眲?chuàng)新能成為亮點，使行業(yè)在短時間內有較大發(fā)展。但更多的創(chuàng)新都是通過積累、改進過程實現(xiàn)的。尤其是

13、在模擬集成設計中，電路經(jīng)驗占了很重要的地位。這就需要不斷去摸索和積累電路經(jīng)驗，才能實現(xiàn)創(chuàng)新。量變產生質變，不斷的鉆研和積累，進行“漸進性”創(chuàng)新，必定能帶來“突破性”創(chuàng)新。 五、評述 自然辯證法的發(fā)展同自然科學的發(fā)展是緊密聯(lián)系著的，自然科學的突飛猛進，極大地擴大和加深了人類對自然界的認識。作為一名學習微電子專業(yè)的學生，除了學習必要的專業(yè)知識，也要適當?shù)靥岣咦约旱恼軐W修養(yǎng)和自身的人文素養(yǎng)，培養(yǎng)唯物辯證主義世界觀，在設計中把握系統(tǒng)觀，體現(xiàn)科技觀，富有創(chuàng)新觀。這樣不僅能夠使自己更加深刻地理解自己的所學，而且在面對新鮮事物或者陌生的領域時，亦能從其哲學的本質入手來接受它。在微電子電路的設計中合理地運用系統(tǒng)性、層次性和創(chuàng)新性來指導電路的設計工作，這是自然辯證法在微電子電路設計的中很好的應用，電子設計工作者必須學習自然辯證法，提高自己的哲學素養(yǎng)和人文素質，進一步樹立辯證唯物主義的世界觀，掌握和運用科學的思維工具去探索電路和自然及社會的內在自然規(guī)律，這樣才能為我微電子的發(fā)展做出自己的貢獻。 馮文 [1**********]1