半導體專(zhuān)業(yè)留學(xué)海外之專(zhuān)業(yè)方向探討

　　幾年前，你在填高考志愿時(shí)懷著(zhù)憧憬填寫(xiě)了電子/半導體物理/微電子專(zhuān)業(yè);在順利進(jìn)入大學(xué)，并經(jīng)歷了數年的學(xué)習后，決定繼續出國深造。小編作為當年的出國黨之一，希望在這篇文章中把多年來(lái)在國內和國外積累的各種相關(guān)經(jīng)驗與你分享，并給你帶來(lái)幫助。

　　1. 心理建設

　　首先，我們假設你出國還想繼續在半導體專(zhuān)業(yè)深造下去。當然，如果你已經(jīng)下定決心在國外要換個(gè)方向，那么也歡迎你把這篇文章轉發(fā)給有需要的朋友們。

　　對于還打算繼續出國深造半導體方向的同學(xué)們，在做最后決定之前一定要做好心理建設，深入把握半導體專(zhuān)業(yè)近期的形勢和遠期的趨勢。在所有的專(zhuān)業(yè)方向中，目前在海外和國內收入最好的三個(gè)專(zhuān)業(yè)就是金融，計算機和半導體。我們先不談金融專(zhuān)業(yè)，就來(lái)講講計算機和半導體專(zhuān)業(yè)。近幾年，計算機借著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的東風(fēng)是著(zhù)實(shí)火到不行，目前無(wú)論在國內也好，在國外也罷，收入都比半導體專(zhuān)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)，而半導體行業(yè)是制造業(yè)，因此長(cháng)期來(lái)看，計算機行業(yè)的平均收入還是會(huì )大概率高于半導體行業(yè)。

　　當然，半導體專(zhuān)業(yè)也有自己的優(yōu)勢。首先，半導體專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)技能較為穩定，例如你是做模擬電路設計的，那么不管你是做運放，Bandgap還是做功放，未來(lái)要換個(gè)電路做做還是挺容易的，不少公司甚至會(huì )可以讓員工rotate，每三個(gè)月負責一個(gè)模塊，這樣在工作幾年后就能把整套系統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。數字電路也是這樣，前端RTL，后端布局布線(xiàn)，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(zhuān)業(yè)所需要的專(zhuān)業(yè)技能往往是幾年就要更新一次，例如目前塞班系統開(kāi)發(fā)之類(lèi)的技能已經(jīng)幾乎毫無(wú)用處，因此必須不停緊跟潮流。其次，目前中國大力扶植半導體產(chǎn)業(yè)，半導體人才缺口巨大;而且從全球半導體產(chǎn)業(yè)格局來(lái)看，整體產(chǎn)業(yè)往亞洲移動(dòng)也是顯著(zhù)的趨勢。出國深造后回國發(fā)光發(fā)熱不失為一個(gè)很好的選擇。

　　另外，收入只是工作的一部分。一個(gè)人在自己感興趣的行業(yè)才會(huì )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體專(zhuān)業(yè)，那么它對你來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很好的選擇。

　　2. 半導體專(zhuān)業(yè)方向探討

　　半導體專(zhuān)業(yè)方向最主要的兩個(gè)方向就是半導體工藝器件方向，以及半導體電路設計。

　　先來(lái)談?wù)劙雽w工藝方向。半導體工藝器件方向是整個(gè)半導體行業(yè)的基石，半導體工藝器件的進(jìn)步支撐起了整個(gè)摩爾定律，又進(jìn)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，半導體的摩爾定律遇到了瓶頸，半導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)極限是指繼續縮小則量子效應越來(lái)越顯著(zhù)，已經(jīng)漸漸在接近人類(lèi)所能控制的范圍邊緣。經(jīng)濟學(xué)極限則是指隨著(zhù)特征尺寸繼續縮小，集成電路生產(chǎn)線(xiàn)的建設成本大幅度提高，更新一次工藝需要的資本量也越來(lái)越大，意味著(zhù)風(fēng)險也越來(lái)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模量產(chǎn)后平均成本實(shí)際是大幅降低的。然而，目前的半導體新工藝研發(fā)和生產(chǎn)線(xiàn)建設成本實(shí)在太高，5nm工藝的建廠(chǎng)成本更是預期要到160億美元，因此芯片量產(chǎn)規模需要非常非常大才能抵消一次性成本的上升。

　　從另一個(gè)角度看這個(gè)問(wèn)題，就是說(shuō)半導體工藝的更新?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(wú)論在學(xué)術(shù)界還是在業(yè)界也都處于非常熱門(mén)的階段，因此半導體工藝器件方向是一個(gè)不錯的發(fā)展方向。然而，我們也必須看到，半導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(shí)個(gè)人相對于大公司的議價(jià)能力也相對較弱，因此其收入往往較半導體電路設計領(lǐng)域要差一些。另外，半導體制造業(yè)的大量基礎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體工藝方向的碩士后很可能需要回國繼續發(fā)展。當然，最尖端的工藝研發(fā)絕大多數還是在美國，因此如果你讀的是博士的話(huà)，那么在美國找到相關(guān)工作還是很有機會(huì )的。

　　接下來(lái)談?wù)劙雽w電路設計方向，即集成電路方向。集成電路設計在十多年前曾是最火的方向之一，據說(shuō)某公司曾經(jīng)到斯坦福大學(xué)VLSI上課的教室里給每個(gè)學(xué)生發(fā)offer，簽字費是一輛寶馬Z3跑車(chē)。在經(jīng)過(guò)PC時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和移動(dòng)芯片時(shí)代的數度起起落落后，小編認為目前集成電路設計方向正處于另一個(gè)風(fēng)口到來(lái)前的蓄力時(shí)期。如果人工智能真能大規模落地帶來(lái)巨大經(jīng)濟效應，那么集成電路設計又會(huì )變得火熱;反之如果人工智能被證明只是一場(chǎng)泡沫，那么集成電路設計無(wú)非就是保持現狀，繼續尋找下一個(gè)突破點(diǎn)。

　　集成電路設計一般來(lái)說(shuō)分為數字電路設計和定制電路設計兩大方向。數字電路設計指的是使用標準單元庫的設計，電路設計流程中，前端使用RTL (Verilog/VHDL)描述電路邏輯，后端使用自動(dòng)綜合工具實(shí)現邏輯綜合以及布局布線(xiàn)。中間還會(huì )需要做大量的驗證工作來(lái)保證電路設計的正確性。通常前端，后端和驗證會(huì )由不同的人來(lái)負責，工作內容也略有不同。數字電路設計也需要大量寫(xiě)代碼，前端需要Verilog來(lái)寫(xiě)邏輯并且用Python/Perl/C++來(lái)實(shí)現一些小規模驗證和小型工具編寫(xiě)以提高效率。后端需要寫(xiě)Tcl腳本，而驗證則需要SystemC/System Verilog。在積累數年經(jīng)驗后還可以從事SoC崗位，需要負責芯片頂層的功能/接口定義，IP模塊聯(lián)接以及驗證。

　　數字電路設計標準工作環(huán)境：打開(kāi)Linux下文本編輯器，開(kāi)始寫(xiě)code

　　定制電路設計則包括了所有不使用標準單元庫的設計，例如模擬電路設計，混合信號電路設計，射頻電路設計以及定制數字電路設計。定制電路與數字電路設計相比更接近于底層，抽象層次更低，在設計的時(shí)候往往不是與涇渭分明的“0”和“1”打交道，而是在諸多設計折衷中尋找最優(yōu)解。定制電路設計也分前端和后端，前端往往是電路拓撲結構設計。定制電路前端工程師的設計規模往往較小，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(zhù)你需要深入理解從半導體器件物理，電磁學(xué)到信號與系統一系列的知識。據說(shuō)高通射頻部門(mén)大多數設計師都有博士學(xué)位。后端是電路版圖設計，需要手工設計電路版圖。另外，前端設計師也需要深入理解各種版圖上的寄生效應，一個(gè)好的前端設計師臨時(shí)去畫(huà)畫(huà)版圖應該不會(huì )出任何問(wèn)題，甚至在一些公司后端版圖也是前端工程師畫(huà)的。

　　定制電路前端設計師每天的工作：把今天的仿真跑上并看昨天跑完的仿真結果

　　集成電路設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(mǎn)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(guò)，如果你在美國拿到了碩士學(xué)位，那么，集成電路設計方向找工作無(wú)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(shí)在硅谷也有許多雄心勃勃的中小型公司，目標一些當前的細分市場(chǎng)，指望在若干年后細分市場(chǎng)規模變大時(shí)一舉上市。在中國也是類(lèi)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(shí)也有許多初創(chuàng )公司在招兵買(mǎi)馬，摩拳擦掌，據說(shuō)去年就是數百家新的半導體初創(chuàng )公司誕生。

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