交叉學科門類下集成電路科學與工程一級學科建設路徑探析*

孫曙光

（吉林大學 研究生院，吉林 長春 130012）

2020 年12 月，國務院學位委員會、教育部印發《關于設置“交叉學科”門類、“集成電路科學與工程”和“國家安全學”一級學科的通知》，交叉學科成為第14 個學科門類，集成電路科學與工程被確定為一級交叉學科。 2021 年10 月，北京大學等18 所高校獲批集成電路科學與工程一級學科博士學位授權點（以下簡稱“集成電路學科”），這標志著我國集成電路學科建設正式進入制度化、規范化、科學化的快車道。 設立集成電路一級學科，充分體現了國家解決制約集成電路產業發展“卡脖子”技術的戰略意志以及集成電路產業對高素質人才的迫切需求。 如何在交叉學科建設背景下，加快建設集成電路一級學科、加速構建支撐集成電路產業高速發展的創新人才培養體系，成為一個亟待探討的理論和實踐課題。

一、交叉學科的形成機理

（一）學科高度分化與整合的邏輯必然

現代學科的發展正表現出越來越強烈的非平衡混沌特征，其主要表現就是在高度分化基礎上的高度綜合，是分化與綜合的對立統一，這是現代學科發展趨勢的本質［1］。 顯然，從學科的發展歷程看，學科綜合、學科交叉已成為學科發展的主要趨勢之一。 近半個世紀以來，各學科間交叉綜合的趨勢日益明顯，這是學科發展內在邏輯帶來的結果，也與大科學時代科研的新特征有關。 從學科內在邏輯看，相鄰學科不斷向縱深拓展，最終在不同層面出現研究共域，促使交叉學科、新興學科不斷孕育產生。 因此，從這個意義上講，交叉學科的產生并不是偶然的，它符合了學科分化整合、成長的規律，是學科交叉長期作用的結果。 在學科發展和演化的鏈條上，學科的土壤中始終孕育著交叉的種子，只是在某個環節、某個時刻，該種子開始與相鄰、相近學科發生關聯，進而形成若干新的研究領域，一旦該領域率先處于領先水平并取得重大進展，則其成為交叉學科的內在條件就逐漸成熟。 如果加上外部力量的適當催化，一個新興交叉學科的產生就只是時間問題了。

（二）解決復雜問題需要的知識結構的外在表征

交叉學科的出現，既是科學知識體系自然發展演變的必然結果，更與所處的時代背景密不可分。 作為一門新興的交叉學科，其必然使命便是以當下經濟社會發展中出現的關鍵核心問題為導向，實現技術和理論層面的突破與創新［2］。 當前我國的科技創新已進入“倡導問題導向，鼓勵學科交叉”的創新型研究的新階段［3］。 學科交叉往往是從解決單一學科解決不了的復雜問題開始的，不同學科之間的合作多以項目的形式存在，進而產生跨學科的一系列研究成果，時機成熟再催生一門新興交叉學科。 現代科技發展越來越清晰地表明：交叉學科是推動科技創新發展、催生重大原創性成果的重要驅動力之一［4］。 比如，讓人類飽受摧殘的新冠病毒，僅靠一門學科領域的知識顯然是無法解決的，而特別需要公共衛生與預防、臨床醫學、藥學、生命科學、公共管理、經濟學等多學科發揮作用。 換句話說，一些涉及多領域的“復雜問題”是實現跨學科、交叉學科研究的凝聚點和連接處，為了解決這些問題，運用不同學科知識及其之間的交叉融合成為必然選擇。 再比如，由于市場對芯片工業的強大需求，發達國家對芯片核心技術的封鎖等原因，導致我國必須自主解決集成電路產業領域面臨的關鍵問題，這就加速推進了集成電路學科的產生，而最終以新興交叉學科的外在形式呈現出來。

（三）國家戰略驅動下政策的催化與引導

隨著新一輪科技革命和產業革命的加速推進，一些重要科學問題和關鍵核心技術已呈現出革命性的先兆，新的學科分支和新的增長點不斷涌現，學科深度交叉融合勢不可擋［5］。 科學前沿的重大突破和標志性成果的產生往往是學科交叉融合的結果，國家戰略的制定、重大工程的實施越來越需要交叉學科。 我國集成電路行業面臨的突出問題之所以暴風驟雨般地爆發，與大國之間的政治博弈不無關系。 這些都促使解決制約集成電路產業發展的核心技術難題很快上升為國家戰略。 為搶占新一輪科技制高點，在引領未來科學發展方向上占得先機，我國政府主動作為，把握學科交叉融合的新趨勢，設立了交叉學科門類，并率先設置集成電路一級交叉學科。 2021 年11 月，國務院學位委員會印發了《交叉學科設置與管理辦法（試行）》，進一步明確了交叉學科的內涵、基本標準以及設置與退出機制等，為我國交叉學科提供了制度遵循。 顯然，與學科的自然生長相比，國家政策的催化與引導必將推動交叉學科快速發展、有序發展、規范發展。 對有條件的高校來說，只有把握交叉學科建設的大勢，布局和建成一批交叉學科，才能在服務和貢獻中更加直接、更加有效地體現自身價值。 與此同時，融入國家戰略的學科也更具有生命力，這些學科將帶動學校整體實力的提升。

二、在交叉學科門類中集成電路科學與工程的學科定位

集成電路未形成獨立的學科體系之前，屬于電子科學與技術一級學科下微電子學及固體電子學、電路與系統等二級學科范疇。 集成電路是現代信息社會的基石，其學科含義已遠超電子科學與技術學科框架之下的學科范圍，作為學科意義上的存在，它最典型的特征就是跨學科、多學科，國家新版學科目錄將其列為“一級交叉學科”正是這個原因。 概言之，集成電路是一門涉及電子科學與技術、計算機科學與技術、材料科學以及物理學、數學等學科的新興交叉學科。 新版學科目錄將集成電路學科列為交叉學科門類下的“第一學科”，足見其學科的交叉屬性和重要地位。 作為交叉學科，集成電路是以微電子學及固體電子學為基礎，由多個學科衍生而來的，其學科定位和理論體系的構建自然不同于其他傳統學科，需經歷擺脫理論依附走向理論自主的階段。 以集成電路學科為研究對象，不僅是對該學科建設路徑的探討，對其他新興交叉學科建設同樣具有借鑒意義。

（一）從學科功能看，集成電路科學與工程是支撐我國集成電路產業轉型升級的核心學科

集成電路是典型的集人才密集、技術密集、資金密集于一體的高科技產業，也是高度開放、國際競爭最為激烈的產業之一。 近年來，集成電路成為中美博弈的核心領域。 2022 年8 月，美國頒布《芯片和科學法案》，要求在美的芯片制造企業“不在中國發展精密芯片的制造”。 在此背景下，我國不得不加快集成電路自主研發的步伐。 2020年8 月，國務院印發了《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，強調集成電路產業和軟件產業是信息產業的核心，是引領新一輪科技革命和產業革命的關鍵力量。 “十四五”期間，我國集成電路產業將加快邁向高速增長與高質量發展并存的發展階段。 圍繞集成電路產業發展的“卡脖子”問題及關鍵核心技術問題的攻關，不斷增強產業鏈供應鏈的自主可控能力，是我國集成電路產業高質量發展面臨的首要難題。 當前，我國集成電路產業正處于攻堅時期，突破核心技術瓶頸，增加內生發展動力，迫切需要大批領軍人才、專業技術人才、經營管理人才、工匠型人才的支撐［6］。 毫無疑問，人才作為集成電路產業的第一資源，是制約我國集成電路產業發展的主要瓶頸，構建支撐集成電路產業高速發展的創新人才培養體系是解決問題的不二選擇。

為破解集成電路產業對高素質人才迫切需求的難題，國家主動布局集成電路新興交叉學科，就是從政策層面強化引導與扶持。 選擇在有基礎、有條件的高校開展集成電路學科建設和人才培養試點，就是為了盡早探索出一條新路子，加快提升我國集成電路領域自主創新的能力。 因此，某種意義上講，產業需求的強大推動力加速推進了集成電路學科的誕生。 從高校的角度看，建設集成電路學科首先就是保證從數量上和質量上培養滿足產業發展急需的創新型人才，為集成電路產業創新升級發展提供人才和智力支持。

（二）從學科歸屬看，集成電路科學與工程是從傳統半導體領域中不斷演進，并結合新的理論和產業需求產生的新興交叉學科

從世界范圍來看，電子管是最早期的電信號放大器件，產生于二十世紀初期，這是集成電路概念的起源階段。 到了二十世紀五十年代，進入了晶體管時代，這是集成電路的雛形階段。 二十世紀六十年代至今，進入集成電路時期，集成電路產業正走向創新和成熟發展的新階段。 我國集成電路研究是從二十世紀五十年代開始的，這一時期國家將半導體技術的開發研究上升到國家戰略，并提出“向科學進軍”的口號［7］。 進入二十世紀八十年代，我國集成電路產業進入了探索時期，雖然國家一度把集成電路作為高新技術領域的一項核心任務，并進行了重點資助，也培育了一批集成電路制造企業，但技術上與同期國際水平已存在較大差距。 2000 年以后，在集成電路產業市場的驅動下，國家加大了政策與資金支持力度，我國集成電路產業發展進入了高速發展時期。 然而，與產業蓬勃發展形成鮮明對比的是，我國對集成電路核心技術及器件的研發相對滯后，一度受制于人，不少高端尖端產品仍然過于依賴進口。 長期積累的結果是，我國集成電路產業發展比任何時候都更加需要系統的理論和高素質人才的支持。

隨著國家政策的有力推進，產業的迫切需求，我國集成電路學科建設已從被動跟隨轉向主動布局，而且正在走上一條區別于傳統半導體的老路。近年來，以問題為導向的學科建設成為政府和學界共同關注的焦點問題之一，集成電路不再僅僅是信息技術層面的問題，而涉及政治、經濟、科技、文化等不同領域，這些也促使集成電路研究領域不斷延伸和拓展。 實際上，當前我國建設的集成電路科學與工程學科就是在半導體領域不斷演變的基礎上，借鑒相關學科的理論，在產業的催化下逐漸發展起來的一個新興學科，是對傳統學科的創新和突破。

（三）從學科特征看，集成電路科學與工程交叉學科具有明確的研究對象和內容

作為產業的集成電路，它的內涵較為狹隘。即集成電路是通過一系列制造工藝，將電路中所需的晶體管、電阻、電容等元件及其布線連接并集成在一塊或幾塊微小的介質基礎上，并分裝在一個管殼內，以實現所需要電路功能的微型電子器件或部件［8］。 顯然，這是對集成電路較為傳統的理解，當前已無法滿足現實需求。 如果從集成電路的功能及其對整個產業鏈乃至社會的影響來看，集成電路更有遠遠超越其傳統的意義和價值。

作為交叉一級學科的集成電路，本質上是將集成電路產業知識化、體系化的一種表現形式，即賦予集成電路以學科內涵和知識邏輯。 從學科內涵上講，集成電路是以半導體和集成電路的系統理論與科技創新為研究對象，以集成電路理論、集成電路設計、集成電路材料、集成電路器件等為主要研究內容的知識體系。 一般來講，集成電路學科設有集成電路新材料設計與制備、半導體器件與集成、集成電路制造技術與裝備、集成電路設計與專用軟件等二級學科或研究方向。 例如，集成電路新材料設計與制備研究方向主要是針對后摩爾時代集成電路的新器件、新架構需求，研究高性能射頻電路材料、氧化物電子器件材料和寬禁帶半導體材料的制備新原理和新工藝，設計出新型高性能信息存儲材料、高遷移率晶體管溝道材料等。 集成電路的人才培養目標，不僅要培養學生掌握半導體理論基礎，還要培養學生具備材料物理、電子線路、微電子學等專門知識以及數學、外語、計算機等多學科綜合知識，進而培養學生形成獨立的開展科學研究和工程實踐的能力，造就和培養集成電路領域的高素質科研型和應用型人才。 如表1 所示，集成電路學科與傳統的半導體與集成電路領域的理念有所不同，是逐步演化的過程。

表1 集成電路科學與工程學科理念的變化與演進

三、交叉學科視角下集成電路科學與工程學科的建設策略

（一）內涵建設上，加強政策引導，以大學科觀構建集成電路科學與工程的理論體系

任何一門學科都要經歷初創時期、發展上升期、成熟創新期等階段，集成電路學科雖已成為一級學科，但尚處在建設初期，其理論基礎、學科體系、學術體系等需要不斷完善。 這一階段，政府部門的頂層設計和宏觀指導尤為重要，一方面，以推進交叉學科管理辦法的落實與實施為抓手，從國家層面明確集成電路的學科內涵、學科范圍、人才培養目標等；以新一輪學科目錄修訂為契機，明確集成電路一級學科下的二級學科和研究方向，使集成電路交叉學科建設規范有序、有章可循。 另一方面，聚焦國家戰略急需，對應不同研究領域，設立集成電路交叉學科建設的專項資助基金，并在招生政策、人才培養模式創新、評價機制等方面對試點高校予以傾斜和支持。

高校是學科建設的主體單位和責任單位，承擔著構建集成電路學科體系的具體任務。 試點高校要在國家政策的指引下，錯位發展、特色建設。需要樹立大學科觀，集成電路既然作為交叉學科，其視野就不僅局限于半導體、芯片等研究領域，而要變革傳統學科單一視角，注意與其他學科的交叉融合，借勢借力母體學科，與相鄰、相近學科繼續互動影響，在深度交叉融合中更加明確自身的研究領域和研究方向。 當前高校面臨的問題是，在構建集成電路的學科內涵時，發現其知識體系仍囿于其他相近學科理論的范疇之中，要真正獲得獨立的學科地位，亟須加強自身理論體系建設。這需要高校結合自身學科基礎和產業發展趨勢，進一步做好集成電路學科的建設規劃，明確建設思路以及建設路徑，才能不斷豐富學科內涵，進而形成集成電路學科特有的學科范式、研究方法和人才培養模式。

（二）建設目標上，強化集成電路科學與工程學科人才培養的核心意識，構建高水平人才培養體系

理念是行動的先導，交叉學科人才培養理念的相對缺失才是導致諸多問題的根本所在，把握跨學科教育發展大勢，樹立并且強化交叉學科人才培養理念勢在必行［9］。 學科建設不能游離于人才培養體系之外，更不能凌駕于其上，學科體系是人才培養體系的重要支撐，人才培養體系是學科建設最為核心的內容［10］。 無論是傳統學科還是交叉學科都要圍繞人才培養這一核心任務來開展，并把人才培養質量作為檢驗學科建設成效的根本標準。 跨學科人才培養具有發揮綜合性大學多學科資源優勢、滿足學生個性化與多樣化學習興趣、培養復合型人才與推動科技發展等意義，當前已成為國際高等教育改革的重要趨勢［11］。 因此，建設集成電路一級交叉學科，其核心是強化人才培養職能，培養跨學科人才，解決集成電路領域高素質人才短缺的問題。 構建集成電路學科高水平育人體系須把握以下幾點：

1. 堅持集成電路學科正確的育人方向

把服務于我國集成電路產業發展作為學科育人的出發點和落腳點，以習近平新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人，凝練學科精神內涵，堅持思政課程與課程思政的有機結合，培養集成電路專業學生的家國情懷、科學精神和創新意識，造就和培養一批堪當時代重任的高素質人才。

2. 制定科學的人才培養方案

人才培養方案是落實黨和國家關于集成電路人才培養的總體要求，是組織開展高素質人才培養的基本依據。 集成電路學科除遵循人才培養的一般規律外，還要體現培養特色，即堅持人才培養的國際性、時代性、實踐性與綜合性。 所謂國際性是指立足科技與學術前沿，培養具有國際視野，在未來產業競爭中能堪大任集成電路領域的領軍人才；時代性是指要適應新時代包容性學科體系的構建和人才培養模式變革，回應集成電路產業對人才培養的現實需求；實踐性是指注重教學內容與產業實踐的緊密結合，構建以項目問題為導向的教學、學習模式，為未來產業發展需求儲備人才；綜合性是指在掌握數學、外語、物理、電子線路、計算機等知識理論的基礎上，還要熟練掌握半導體集成電路的專門系統知識，具有較強的科研和工程實踐的能力，能熟練運用多學科知識去解決集成電路領域的新問題，體現交叉學科人才的優勢。

3. 構建產學研深度融合育人模式

作為與產業發展緊密結合的學科，高校要發揮在集成電路學科建設、人才培養系統化、理論創新等方面的優勢，企業要發揮在實踐教學、技術創新等領域的優勢，共同構建集成電路學科“厚基礎+強實踐”的教學體系。 高校加強與企業共建工程技術和實踐中心，共同制定人才培養標準、教學方案，共同建設課程體系；圍繞產業需求以實驗班、校內外導師聯動等形式健全產學研用育人機制，培養一大批復合型、實用型、交叉型高素質人才。

（三）建設方向上，強化集成電路科學與工程學科的問題意識，解決中國集成電路產業的實際問題

強烈的“問題意識”既是交叉學科產生的重要根源，也是交叉學科發展的永續動力。 伴隨著我國經濟結構的不斷優化，許多重大問題的不斷凸顯，原有的基于知識邏輯的“學科意識”已無法滿足現實需要。 傳統的學科建制往往將整體性的現實問題轉化為其中每個分析性學科各自單獨面對才能解釋和應對的問題［12］。 而交叉學科恰好解決了這一難題，它站在學科與問題的交匯地帶，能清晰地看到單一學科的局限，洞悉問題復雜的一面，進而從整體性、系統性的角度去構建新的學科體系。 因此，“問題意識”已成為我國交叉學科建設的主導性理念，也是對傳統學科建設體系的一種超越。

在國際競爭越來越激烈的形勢下，我國集成電路產業正向核心技術“國產化”方向邁進。 集成電路學科建設必須立足中國國情，堅持中國化發展道路，緊緊圍繞國家對集成電路產業的全方位需求，把建設方向定位在研究中國集成電路產業發展的核心問題上，不斷提升學科服務產業發展的支撐能力。 也就是說，集成電路學科建設要以中國集成電路產業發展為基點，以高度的問題意識和使命自覺，把解決集成電路領域的突出問題作為核心任務，助力高精尖技術的突破和高端產品的研發。 因此，建設集成電路學科不僅要樹立全球視野，博眾家理論之長，加快推進學科建設的國際化，更要立足中國集成電路產業實際，構建具有中國特色的集成電路理論體系和實踐路徑，致力于解決“卡脖子”問題，推動我國集成電路產業轉型升級。

（四）建設著力點上，搭建高水平協同創新平臺，以深度交叉融合激發科技創新活力

高校協同創新平臺是以高校為核心廣泛開放的平臺，平臺建設應滿足科學前沿和國家需求的重大方向、具備開展重大機制體制改革的基礎與條件、具有解決重大問題的綜合能力和學科優勢等基本條件［13］。 一個成功的跨學科組織，通常具備“共同的研究主題、多元的學科知識、獨特的問題解決策略、協同合作的資源設施、風險收益共擔共享的運作機制”等特征，但并非固定統一的組織形式［14］。 作為應用性極強的交叉學科，高校亟待加強集成電路學科協同創新平臺建設，以提升人才、學科、科研、研發四位一體的創新能力為核心，依托高?，F有科研平臺，打破學科壁壘和組織邊界，聯合企業的研發平臺，進行有效的校內外優質資源的整合，凝聚校內相關學科的有生力量，吸引和匯聚校外企業的優秀團隊，建立多學科背景的科技創新團隊，形成跨組織、跨學科、多團隊、多要素匯集的重大研發平臺，充分調動校企雙方人才、技術、資金、信息等創新要素的活力，發揮好協同創新平臺的紐帶、引擎、帶動與輻射作用，推動集成電路領域基礎理論和核心技術的不斷創新。

四、結語與展望

大學在國家創新體系建設中扮演著關鍵角色，推進學科專業結構適應新發展格局，以高質量的人才培養和高水平的科研成果支撐國家科技自立自強，是義不容辭的責任和使命。 我國的集成電路學科是在國家戰略引導、產業需求驅動、學科成長規律三重力量的共同作用下建立起來的。 清晰可見的是，在其初創時期，外部因素起到了至關重要的作用，政府審時度勢、主動布局，產業急迫需求、解決“卡脖子”技術等催生了這一個新學科的產生。 學科新設之后，遵循學科建設邏輯使之成為真正意義上的一級學科顯得更為迫切。 集成電路學科既要遵循學科建設的普遍規律，構建學科理論體系，將培養高素質人才作為建設原點，更要探索建立符合本學科特點的自身規律，比如鮮明的交叉學科屬性以及依托產業需求的強大驅動力等。 2025 年左右，預計我國集成電路銷售額將突破2 萬億元，產業的廣闊前景某種意義上決定著學科的未來。 盡管我國集成電路學科要構建與龐大的集成電路產業體系相匹配的人才培養體系和科技創新體系還有很長的路要走，但其學科前景仍讓人充滿期待。

首先，極具中國特色的集成電路學科建設路徑的構建，將加快推進學科由初創期向生長期邁進。 我國集成電路學科構建的是“一體兩翼”的學科建設方式，即高校以堅持學科內涵建設為“一體”，教育主管部門和集成電路產業的雙輪驅動為“兩翼”。 這種建設方式具有強大的生命力，將使我國集成電路學科的后發優勢得到充分發揮。 未來5～10 年或者更長時間我國集成電路學科建設水平將實現由跟跑到并跑再到領跑的轉變，逐步引領發展方向。

其次，建設主體高校把作為國家戰略的集成電路學科建設任務落實為學校的重點工程，將以強烈的使命感和責任感，調動學科建設的內生動力，以強化交叉融合為導向，聚焦前沿領域，以培養國家急需的高素質人才為目標，探索建立產學研用深度融合的人才培養模式，把集成電路學科打造成為一流學科建設的新增長點，學科建設的理論體系更加扎實，學科建設的圖景更加清晰。

最后，我國集成電路學科將與集成電路產業發展協同促進、共榮共生，相伴走向更加美好的未來。 集成電路學科將通過主動融入國家戰略需求和產業需求，獲取外部驅動和技術要素的大力支持，為國家和社會培養一大批能夠支撐和引領集成電路產業未來的高素質人才。 有了高校的協同支撐，我國集成電路產業將走上自主創新的發展道路，更加重視系統創新和源頭創新，以芯片功能的提升來提高產品的性能和競爭力，通過自主掌控產品推動我國集成電路產業的高質量發展，進而建成達到國際領先、技術先進、安全可靠的集成電路產業體系。