线上线下混合式教学探索数字芯片设计课程新模式

深度学习、机器学习、AIoT等领域已经成为了学术界和工业界关注的重点技术和热点，这些技术对计算性能和能效比的需求已经远远超出了传统处理器能力所及，这种瓶颈的一种非常重要的解决方法就是领域定制硬件架构(Domain Specific Architecture, DSA)。

正如图灵奖获得者John Hennessy和David Patterson在2018年所述，这是一个体系结构新的黄金年代。未来，从“云”到“端”的海量数据和碎片化场景都对计算设备提出了更独特的算力需求和更加定制化的架构需求，而掌握芯片设计方法是设计可定制芯片的必要基础。

线上课程收看方法

在中国大学MOOC官网搜索课程名称“芯动力——硬件加速设计方法”。

(慕课官网：https://www.icourse163.org/)

第二期课程将于2020年2月24日开课，同时针对本校教学班单独设置了异步SPOC课程《ASIC设计原理》。

教学内容

重点在于讲述硬件加速和芯片设计的基本基础知识和方法，主要包括：

(1)VerilogHDL可综合设计，期望掌握高质量代码的编写方法。

(2)同步电路设计与跨时钟域电路设计，期望理解和掌握电路设计原理和关键技术。

(3)逻辑综合与静态时序分析，期望理解这两个阶段的基本原理、方法和关键指标，从而进一步掌握电路设计的指导性原则和具体方法。

(4)FPGA硬件加速案例。

“FPGA硬件加速案例”采用了2018年全国大学生集成电路创新创业一等奖作品“基于Xilinx PYNQ FPGA的Softmax函数硬件加速设计”，相关工程和代码已经在github开源：https://github.com/9334swjtu/PYNQ_softmax。

如果学生手里有Xilinx PYNQ Z2开发板，则可以复现该作品。

教学内容参考书目

主教材为：SoC设计方法与实现(第3版).郭炜 等编著. 电子工业出版社.2017年. 本书是普通高等教育"十一五”国家级规划教材、普通高等教育精品教材。

除主教材外，本课程还辅以国外原版高水平教材为参考书，以工业界典型实例为实验教学内容，保证了不管是理论教学还是实验教学都能与相关学科领域最新发展水平接轨。

本学期《ASIC设计原理》教学组织形式

异步SPOC：线上课程+“慕课堂”+线下直播软件使用展示和答疑+线上题库

• “线上课程”讲授知识点，学生可以通过精心设计的15-25分钟的教学视频在线上完成知识点的理解和掌握。同时辅以课堂练习和讨论，讨论题多为开放性习题，期望学生能够以此掌握本门课程思维方法，并了解领域前沿知识，学会查阅文献方法。

• “慕课堂”建立题库，并通过线上实时签到、练习、讨论等方式完成的线上学习效果的检查和督促；通过收集反馈和统计数据，把教学目标作为一个整体在各流程中逐步实施，分步落实，整个流程始终围绕教学目标，十分有利于课堂教学目标达成度的提高，并且能引导学生逐步展开、深入学习，引导学生对知识进行感知和探究，层层推进。最终使课堂教学目标达成度得到充分的提高。

• 使用“直播软件”和数位板，共享教师和学生屏幕，实时展示软件操作细节，并完成答疑和白板讲解。根据芯片设计流程中不同环节的特点，采用了不同的教学方式和策略，采用情境导入、问题导入、故事导入等形式，帮助学生开展思维，丰富联想，变好奇为浓厚的学习兴趣。

• 线上题库：支持平时练习和在线考试。题库内容都来源于授课教师多年来收集的国际一流芯片设计公司的校招面试题和笔试题。通过一流企业接轨的笔试题，延伸和拓展课堂教学内容，加深对课堂内容的理解；同时，激发学生对这门课程的兴趣，带着问题来学习。

课程特色和优势 

• 本课程(SoC设计方法)在2019年Xilinx全球开发者大会XDF的“Xilinx Industry-Academia Collaboration Ecosystem” 中入选Xilinx PYNQ开源框架课程体系(共12门课程)。

• 本课程被Xilinx推荐为“2020年第四届全国大学生集成电路创新创业大赛”参赛学生培训课程之一。该赛事已进入中国高等教育学会发布的高校竞赛排行榜。

• 本课程实验设计部分得到Xilinx University Program和教育部产学研合作育人项目的支持。

• 本课程得到了行业知名自媒体“矽说”、“图灵教育(人民邮电出版社)”、“IC人才港(南京集成电路产业服务中心ICisC)”、“网络交换与FPGA”、“IC技术圈”、“科学计算technomania”等的认可和宣传。

• 已被青岛科技大学微电子学院《集成电路EDA技术》课程在“中国大学MOOC平台”引用和复制为异步SPOC。

学生收获

以本课程前期线下内容为技术基础，指导学生荣获2018年全国大学生集成电路创新创业一等奖、2018年Xilinx OpenHW全国总决赛全国三等奖、2019年集成电路设计EDA精英挑战赛全国一等奖、2019年第三届FPGA创新设计大赛全国二等奖与三等奖各1项。

封面图：刘骁毅

编辑：崔子怡

西南交通大学信息科学与技术学院in传媒

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