自然辯證法中的自然_微電子中的自然辯證法

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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(shù)的基礎(chǔ)的微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志。并且半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到日常生活的各個(gè)領(lǐng)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(xué)的發(fā)展是緊密聯(lián)系著的，自然辯證法對(duì)于自然科學(xué)技術(shù)的研究包括對(duì)自然科學(xué)技術(shù)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能的研究，對(duì)于科學(xué)—技術(shù)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)的關(guān)系等的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)形成共識(shí)。這一研究和自然科學(xué)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(lǐng)導(dǎo)和管理提供了理論基礎(chǔ)，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(shí)

2、踐中，發(fā)揮著越來越大的作用。 關(guān)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(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用為代表的學(xué)科，是現(xiàn)代發(fā)展最迅速的高科技應(yīng)用性學(xué)科之一。培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)，掌握微電子專業(yè)基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，掌握集成電路和集成系統(tǒng)以及其他新型半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法和制造工藝，熟悉電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有一定的科學(xué)研究和實(shí)際工作能力的科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)人才。微電子學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，其中包括了半導(dǎo)體器件物理、集成電路工藝和集成電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試等多方面的內(nèi)容；涉及了電磁學(xué)，量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、固體物理學(xué)、材料科學(xué)、電子

3、線路、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、測(cè)試和加工、圖論、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。微電子專業(yè)是研究在固體（主要是半導(dǎo)體）材料上構(gòu)成的微小型化電路、電路及系統(tǒng)的電子學(xué)分支。作為電子學(xué)的分支學(xué)科，它主要研究電子或離子在固體材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用，并利用它實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理功能的科學(xué)，以實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)和集成為目的，實(shí)用性強(qiáng)。微電子學(xué)又是信息領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，在這一領(lǐng)域上，微電子學(xué)是研究并實(shí)現(xiàn)信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、處理和輸出的科學(xué)，是研究信息載體的科學(xué)，構(gòu)成了信息科學(xué)的基石，其發(fā)展水平直接影響著整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展。微電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。 二、微電子方向中的哲學(xué)問題及其依據(jù)

4、本文中所涉及的微電子方向中的哲學(xué)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(guān)于自然界和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律以及人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的一般方法的科學(xué)，其研究目的就是為了合理地處理人與自然以及人與 社會(huì)的矛盾。微電子電路設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)協(xié)調(diào)人與社會(huì)關(guān)系的實(shí)踐活動(dòng)，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(shè)計(jì)中也體現(xiàn)了這三方面的內(nèi)容，所以其必然對(duì)電路設(shè)計(jì)有所啟示。 三、三個(gè)哲學(xué)問題的由來、成因和對(duì)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(gè)元件，甚大規(guī)模集成電路將數(shù)量擴(kuò)充到百萬級(jí)。而如今隨著需求的不斷提高，芯片級(jí)系統(tǒng)技術(shù)誕生，性

5、能越來越強(qiáng),規(guī)模越來越大。由于深亞微米工藝帶來的設(shè)計(jì)困難等,使得設(shè)計(jì)的復(fù)雜度大大提高，所以如何從系統(tǒng)的角度將構(gòu)成系統(tǒng)級(jí)芯片的各個(gè)模塊（控制邏輯模塊、微處理器微控制器CPU 內(nèi)核模塊、數(shù)字信號(hào)處理器DSP模塊、嵌入的存儲(chǔ)器模塊、和外部進(jìn)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(shè)計(jì)者面對(duì)的問題。如此大規(guī)模的設(shè)計(jì)，必將導(dǎo)致設(shè)計(jì)難度大大增加，這就要求我們用系統(tǒng)性，層次性的觀點(diǎn)分析和解決問題。 目前國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)與國際巨頭相比設(shè)計(jì)規(guī)模弱小，低水平重復(fù)開發(fā)的情況突出，目前國內(nèi)IC自給率仍然較低，特別是高端產(chǎn)品制造嚴(yán)重滯后。由于我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，技術(shù)瓶頸嚴(yán)重、缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)含

6、量較高的半導(dǎo)體產(chǎn)品幾乎全部產(chǎn)自國外公司，同時(shí)關(guān)鍵技術(shù)、專利大多數(shù)掌握在外商手中，所以提高電路設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力非常重要。近期美國禁止向中國4家超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)出售超級(jí)計(jì)算機(jī)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(dāng)重要。 四、三個(gè)哲學(xué)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(rèn)為，事物的普遍聯(lián)系和永恒運(yùn)動(dòng)是一個(gè)總體過程，要全面地把握和控制對(duì)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(duì)象的內(nèi)、外環(huán)境的關(guān)系，以便有效地認(rèn)識(shí)和改造對(duì)象。在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要處理好電子系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間的關(guān)系，具體來講就是處理

7、好各個(gè)芯片、各個(gè)元器件之間的關(guān)系，它們之間怎 樣進(jìn)行信號(hào)傳輸、怎樣進(jìn)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(shí)，電子系統(tǒng)在其數(shù)量、結(jié)構(gòu)、功能等方面不等同于 各個(gè)自然要素（元器件、芯片等）的簡單疊加，因而，電子系統(tǒng)相對(duì)于元器件來說，是具有不可還原性的；對(duì)于一個(gè)電子系統(tǒng)，它與內(nèi)部的各個(gè)元器件是相統(tǒng)一的，各個(gè)元器件通過相互聯(lián)系成為一個(gè)系統(tǒng)，而電路系統(tǒng)在整個(gè)應(yīng)用中可能也只是其中的一個(gè)部件，同樣，在一個(gè)電路系統(tǒng)中，它會(huì)有一些芯片，而這些芯片本 身就是一個(gè)非常復(fù)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(shè)計(jì)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(shí)用、經(jīng)濟(jì)等功能。在今天的“以人為本”的設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下，在一個(gè)強(qiáng)調(diào)人與社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的年代，人們已經(jīng)不滿足于僅僅因?yàn)槠浜糜枚褂盟窃谄浼疵烙^又經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上的。這就要求電子設(shè)計(jì)師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)中必須要有綜合的思維能力，在錯(cuò)綜復(fù)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(shè)計(jì)過程其實(shí)就是一個(gè)不斷解決問題的過程，設(shè)計(jì)師只有解決好各要素、各步驟和各階段的問題，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)健康、安全、可靠、高效、節(jié)能、方便的電路。我覺得電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)觀主要體現(xiàn)在最優(yōu)化電路的設(shè)計(jì)上，也就是要在電路充分滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上充分考慮節(jié)能和價(jià)格的需要，使設(shè)計(jì)的電路不僅有效地滿足各

9、種使用功能的同時(shí)，還要使得其在節(jié)能和價(jià)格上的最優(yōu)化。 如前所述，系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)具有層次性。系統(tǒng)科學(xué)進(jìn)一步研究表明，整個(gè)自然界就是一個(gè)巨大的層次結(jié)構(gòu)。自然系統(tǒng)的層次性主要是自然界物質(zhì)系統(tǒng)的縱向聯(lián)系，是物質(zhì)系統(tǒng)之間縱向的或垂直的有序關(guān)系。實(shí)際上，自然系統(tǒng)的層次性還包括兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)在某一等級(jí)上又可以分為多側(cè)面的層次，即同一級(jí)的復(fù)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(dú)立的平行層次；二是一個(gè)高度復(fù)雜的自然系統(tǒng)以縱向?qū)哟魏蜋M向?qū)哟螢榛A(chǔ)，還可以構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成交叉層次。集成電路的設(shè)計(jì)可以看作一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。其縱向?qū)哟渭从缮系较碌膶哟螢椋壕帉懺创a，設(shè)計(jì)規(guī)范檢查，仿真驗(yàn)證，設(shè)

10、計(jì)綜合，布局布線，版圖物理驗(yàn)證。而每一縱向?qū)由嫌址謾M向?qū)哟?。比如設(shè)計(jì)綜合這一縱向?qū)哟沃?，需要分情況對(duì)不同的尺寸要求采用不同的綜合方法，綜合時(shí)還需要進(jìn)行可測(cè)性和低功耗設(shè)計(jì)，最后在進(jìn)行FPGA綜合。集成電路設(shè)計(jì)流程結(jié)構(gòu)中，橫向和縱向結(jié)構(gòu)中存在交叉。綜合過后需要根據(jù)時(shí)序驗(yàn)證的結(jié)果，對(duì)電路重新進(jìn)行仿真驗(yàn)證。此外，設(shè)計(jì)中還存在其它許多交叉，這就是設(shè)計(jì)復(fù)雜性的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)不會(huì)一次就成功，需要反復(fù)的修改，所以存在交叉的結(jié)構(gòu)。綜前所述，將集成電路的整體設(shè)計(jì)流程看為一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合了自然界層級(jí)結(jié)構(gòu)的特征：它是縱向等級(jí)構(gòu)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(shè)計(jì)時(shí)需要不斷的驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果，這就使得

11、設(shè)計(jì)發(fā)生了間斷，但這種間斷是為了得到所求的設(shè)計(jì)結(jié)果，因此又是連續(xù)的。 創(chuàng)新是人類社會(huì)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(lǐng)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(zhuǎn)化。工程架起了科學(xué)發(fā)現(xiàn)技術(shù)發(fā)明與產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間的橋梁，是產(chǎn)業(yè)革命、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的強(qiáng)大杠桿。在建設(shè)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略的實(shí)施過程中，工程創(chuàng)新應(yīng)是一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)?？茖W(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的功能一般都要通過工程這一環(huán) 節(jié)?？萍汲晒霓D(zhuǎn)化，技術(shù)創(chuàng)新的體現(xiàn)，歸根結(jié)底都需要在工程活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)并檢驗(yàn)其有效性、可靠性。在工程創(chuàng)新中，重點(diǎn)在于“集成創(chuàng)新”，即對(duì)所采用各類技術(shù)的選擇和集成過程中，對(duì)各類資源的組織

12、協(xié)調(diào)過程中，追求集成性優(yōu)化，構(gòu)成優(yōu)化的工程系統(tǒng)。這就意味著工程不能只依靠單個(gè)技術(shù)，需要與之相關(guān)的技術(shù)協(xié)同支持。另外，在工程創(chuàng)新中，要把技術(shù)要素和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、管理等要素進(jìn)行在一定邊界條件下的優(yōu)化集成。比如在微電子設(shè)計(jì)中，考慮人的需求，預(yù)算，設(shè)備以及技術(shù)水平，從工程的總體尺度上對(duì)技術(shù)、市場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)以及相應(yīng)的管理進(jìn)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(shè)計(jì)、以及所要采用的技術(shù)、生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化。創(chuàng)新分“突破性”創(chuàng)新和“漸進(jìn)性”創(chuàng)新兩大類。在工程創(chuàng)新中，兩者都需要考慮。“突破性”創(chuàng)新能成為亮點(diǎn)，使行業(yè)在短時(shí)間內(nèi)有較大發(fā)展。但更多的創(chuàng)新都是通過積累、改進(jìn)過程實(shí)現(xiàn)的。尤其是

13、在模擬集成設(shè)計(jì)中，電路經(jīng)驗(yàn)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(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。量變產(chǎn)生質(zhì)變，不斷的鉆研和積累，進(jìn)行“漸進(jìn)性”創(chuàng)新，必定能帶來“突破性”創(chuàng)新。 五、評(píng)述 自然辯證法的發(fā)展同自然科學(xué)的發(fā)展是緊密聯(lián)系著的，自然科學(xué)的突飛猛進(jìn)，極大地?cái)U(kuò)大和加深了人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)。作為一名學(xué)習(xí)微電子專業(yè)的學(xué)生，除了學(xué)習(xí)必要的專業(yè)知識(shí)，也要適當(dāng)?shù)靥岣咦约旱恼軐W(xué)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(shè)計(jì)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(xué)，而且在面對(duì)新鮮事物或者陌生的領(lǐng)域時(shí)，亦能從其哲學(xué)的本質(zhì)入手來接受它。在微電子電路的設(shè)計(jì)中合理地運(yùn)用系統(tǒng)性、層次性和創(chuàng)新性來指導(dǎo)電路的設(shè)計(jì)工作，這是自然辯證法在微電子電路設(shè)計(jì)的中很好的應(yīng)用，電子設(shè)計(jì)工作者必須學(xué)習(xí)自然辯證法，提高自己的哲學(xué)素養(yǎng)和人文素質(zhì)，進(jìn)一步樹立辯證唯物主義的世界觀，掌握和運(yùn)用科學(xué)的思維工具去探索電路和自然及社會(huì)的內(nèi)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(xiàn)。 馮文 [1**********]1