半導(dǎo)體專業(yè)留學(xué)海外之專業(yè)方向探討

　　幾年前，你在填高考志愿時懷著憧憬填寫了電子/半導(dǎo)體物理/微電子專業(yè);在順利進入大學(xué)，并經(jīng)歷了數(shù)年的學(xué)習(xí)后，決定繼續(xù)出國深造。小編作為當(dāng)年的出國黨之一，希望在這篇文章中把多年來在國內(nèi)和國外積累的各種相關(guān)經(jīng)驗與你分享，并給你帶來幫助。

　　1. 心理建設(shè)

　　首先，我們假設(shè)你出國還想繼續(xù)在半導(dǎo)體專業(yè)深造下去。當(dāng)然，如果你已經(jīng)下定決心在國外要換個方向，那么也歡迎你把這篇文章轉(zhuǎn)發(fā)給有需要的朋友們。

　　對于還打算繼續(xù)出國深造半導(dǎo)體方向的同學(xué)們，在做最后決定之前一定要做好心理建設(shè)，深入把握半導(dǎo)體專業(yè)近期的形勢和遠期的趨勢。在所有的專業(yè)方向中，目前在海外和國內(nèi)收入最好的三個專業(yè)就是金融，計算機和半導(dǎo)體。我們先不談金融專業(yè)，就來講講計算機和半導(dǎo)體專業(yè)。近幾年，計算機借著移動互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的東風(fēng)是著實火到不行，目前無論在國內(nèi)也好，在國外也罷，收入都比半導(dǎo)體專業(yè)高不少。雖然目前計算機行業(yè)存在不少泡沫，但是畢竟計算機IT行業(yè)是服務(wù)業(yè)，而半導(dǎo)體行業(yè)是制造業(yè)，因此長期來看，計算機行業(yè)的平均收入還是會大概率高于半導(dǎo)體行業(yè)。

　　當(dāng)然，半導(dǎo)體專業(yè)也有自己的優(yōu)勢。首先，半導(dǎo)體專業(yè)的專業(yè)技能較為穩(wěn)定，例如你是做模擬電路設(shè)計的，那么不管你是做運放，Bandgap還是做功放，未來要換個電路做做還是挺容易的，不少公司甚至?xí)梢宰寙T工rotate，每三個月負責(zé)一個模塊，這樣在工作幾年后就能把整套系統(tǒng)里所有模塊都摸清了，即使公司要裁員也不怕找不到下一份工作。數(shù)字電路也是這樣，前端RTL，后端布局布線，驗證等等的流程在十幾年間并未發(fā)生巨大變化。但是計算機專業(yè)所需要的專業(yè)技能往往是幾年就要更新一次，例如目前塞班系統(tǒng)開發(fā)之類的技能已經(jīng)幾乎毫無用處，因此必須不停緊跟潮流。其次，目前中國大力扶植半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體人才缺口巨大;而且從全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局來看，整體產(chǎn)業(yè)往亞洲移動也是顯著的趨勢。出國深造后回國發(fā)光發(fā)熱不失為一個很好的選擇。

　　另外，收入只是工作的一部分。一個人在自己感興趣的行業(yè)才會能完全發(fā)揮自己的才能從而獲得更好的職業(yè)發(fā)展。因此，如果你的天賦就在于半導(dǎo)體專業(yè)，那么它對你來說也是一個很好的選擇。

　　2. 半導(dǎo)體專業(yè)方向探討

　　半導(dǎo)體專業(yè)方向最主要的兩個方向就是半導(dǎo)體工藝器件方向，以及半導(dǎo)體電路設(shè)計。

　　先來談?wù)劙雽?dǎo)體工藝方向。半導(dǎo)體工藝器件方向是整個半導(dǎo)體行業(yè)的基石，半導(dǎo)體工藝器件的進步支撐起了整個摩爾定律，又進一步支撐起了集成電路，電子行業(yè)乃至互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。目前，半導(dǎo)體的摩爾定律遇到了瓶頸，半導(dǎo)體特征尺寸縮小已經(jīng)接近物理學(xué)和經(jīng)濟學(xué)極限。物理學(xué)極限是指繼續(xù)縮小則量子效應(yīng)越來越顯著，已經(jīng)漸漸在接近人類所能控制的范圍邊緣。經(jīng)濟學(xué)極限則是指隨著特征尺寸繼續(xù)縮小，集成電路生產(chǎn)線的建設(shè)成本大幅度提高，更新一次工藝需要的資本量也越來越大，意味著風(fēng)險也越來越高。要知道之前摩爾定律能夠高速發(fā)展的主要原因是每次更新工藝后，在單位面積的芯片上可以放入更多晶體管，因此盡管一次性成本提高一些但是芯片大規(guī)模量產(chǎn)后平均成本實際是大幅降低的。然而，目前的半導(dǎo)體新工藝研發(fā)和生產(chǎn)線建設(shè)成本實在太高，5nm工藝的建廠成本更是預(yù)期要到160億美元，因此芯片量產(chǎn)規(guī)模需要非常非常大才能抵消一次性成本的上升。

　　從另一個角度看這個問題，就是說半導(dǎo)體工藝的更新?lián)Q代需要更多研發(fā)人員的參與，因此對于人才的需求也不少。目前EUV，Multi-Patterning，GaN等新技術(shù)/器件的研發(fā)無論在學(xué)術(shù)界還是在業(yè)界也都處于非常熱門的階段，因此半導(dǎo)體工藝器件方向是一個不錯的發(fā)展方向。然而，我們也必須看到，半導(dǎo)體工藝器件方向的研發(fā)需要大量資本，一般只有大公司能做這件事，因此在這一領(lǐng)域初創(chuàng)公司很少，在就業(yè)時個人相對于大公司的議價能力也相對較弱，因此其收入往往較半導(dǎo)體電路設(shè)計領(lǐng)域要差一些。另外，半導(dǎo)體制造業(yè)的大量基礎(chǔ)性工作目前都在亞洲(中國和臺灣)完成，因此在海外讀完半導(dǎo)體工藝方向的碩士后很可能需要回國繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)然，最尖端的工藝研發(fā)絕大多數(shù)還是在美國，因此如果你讀的是博士的話，那么在美國找到相關(guān)工作還是很有機會的。

　　接下來談?wù)劙雽?dǎo)體電路設(shè)計方向，即集成電路方向。集成電路設(shè)計在十多年前曾是最火的方向之一，據(jù)說某公司曾經(jīng)到斯坦福大學(xué)VLSI上課的教室里給每個學(xué)生發(fā)offer，簽字費是一輛寶馬Z3跑車。在經(jīng)過PC時代、互聯(lián)網(wǎng)時代和移動芯片時代的數(shù)度起起落落后，小編認為目前集成電路設(shè)計方向正處于另一個風(fēng)口到來前的蓄力時期。如果人工智能真能大規(guī)模落地帶來巨大經(jīng)濟效應(yīng)，那么集成電路設(shè)計又會變得火熱;反之如果人工智能被證明只是一場泡沫，那么集成電路設(shè)計無非就是保持現(xiàn)狀，繼續(xù)尋找下一個突破點。

　　集成電路設(shè)計一般來說分為數(shù)字電路設(shè)計和定制電路設(shè)計兩大方向。數(shù)字電路設(shè)計指的是使用標準單元庫的設(shè)計，電路設(shè)計流程中，前端使用RTL (Verilog/VHDL)描述電路邏輯，后端使用自動綜合工具實現(xiàn)邏輯綜合以及布局布線。中間還會需要做大量的驗證工作來保證電路設(shè)計的正確性。通常前端，后端和驗證會由不同的人來負責(zé)，工作內(nèi)容也略有不同。數(shù)字電路設(shè)計也需要大量寫代碼，前端需要Verilog來寫邏輯并且用Python/Perl/C++來實現(xiàn)一些小規(guī)模驗證和小型工具編寫以提高效率。后端需要寫Tcl腳本，而驗證則需要SystemC/System Verilog。在積累數(shù)年經(jīng)驗后還可以從事SoC崗位，需要負責(zé)芯片頂層的功能/接口定義，IP模塊聯(lián)接以及驗證。

　　數(shù)字電路設(shè)計標準工作環(huán)境：打開Linux下文本編輯器，開始寫code

　　定制電路設(shè)計則包括了所有不使用標準單元庫的設(shè)計，例如模擬電路設(shè)計，混合信號電路設(shè)計，射頻電路設(shè)計以及定制數(shù)字電路設(shè)計。定制電路與數(shù)字電路設(shè)計相比更接近于底層，抽象層次更低，在設(shè)計的時候往往不是與涇渭分明的“0”和“1”打交道，而是在諸多設(shè)計折衷中尋找最優(yōu)解。定制電路設(shè)計也分前端和后端，前端往往是電路拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計。定制電路前端工程師的設(shè)計規(guī)模往往較小，但是對于工程師素質(zhì)的要求卻很高，因為懂“模擬電路”意味著你需要深入理解從半導(dǎo)體器件物理，電磁學(xué)到信號與系統(tǒng)一系列的知識。據(jù)說高通射頻部門大多數(shù)設(shè)計師都有博士學(xué)位。后端是電路版圖設(shè)計，需要手工設(shè)計電路版圖。另外，前端設(shè)計師也需要深入理解各種版圖上的寄生效應(yīng)，一個好的前端設(shè)計師臨時去畫畫版圖應(yīng)該不會出任何問題，甚至在一些公司后端版圖也是前端工程師畫的。

　　定制電路前端設(shè)計師每天的工作：把今天的仿真跑上并看昨天跑完的仿真結(jié)果

　　集成電路設(shè)計崗位對于工程師的要求相對較高。因為本科的知識往往不能滿足崗位的需求，因此絕大部分崗位需要碩士以上的學(xué)歷。不過，如果你在美國拿到了碩士學(xué)位，那么，集成電路設(shè)計方向找工作無論在中國還是美國都相對容易，而且收入也不錯。在美國，有諸多巨頭公司，每年都需要新人;同時在硅谷也有許多雄心勃勃的中小型公司，目標一些當(dāng)前的細分市場，指望在若干年后細分市場規(guī)模變大時一舉上市。在中國也是類似的情況，海思、紫光等巨頭今年發(fā)展非常好，對于海外人才也是求賢若渴;同時也有許多初創(chuàng)公司在招兵買馬，摩拳擦掌，據(jù)說去年就是數(shù)百家新的半導(dǎo)體初創(chuàng)公司誕生。

　　在這樣一個巨頭和小公司都占有一席之地的就業(yè)市場，新人往往也有較多議價能力，因此半導(dǎo)體電路設(shè)計方向的就業(yè)市場要比半導(dǎo)體工藝器件更好一些。