模擬大牛談模擬工程師身價及發(fā)展方向

有人說,技術(shù)的進展將會讓模擬工程師不斷被淘汰;但也有人說,優(yōu)秀且經(jīng)驗豐富的模擬工程師永遠都會被需要,而且現(xiàn)在有供不應求的現(xiàn)象。

在產(chǎn)業(yè)界花了幾年的時間鼓勵理工科系學生鎖定軟體與數(shù)字電子技術(shù)后,卻有人說「報應」馬上要來了──據(jù)了解,許多模擬混合訊號設計職缺長期懸置,有些資深工程師甚至沒辦法退休,因為找不到接班人。

這在某一方面或許要怪這些年模擬轉(zhuǎn)數(shù)字化風潮,造就了這一代工程師只會說程式語言、對電路結(jié)構(gòu)卻不熟練;在另一方面,可能是因為系統(tǒng)單晶片(SoC)的問世,IC設計業(yè)者很容易就能取得各種功能IP,再加上IC設計工具軟體發(fā)達,市場對模擬工程師的需求本來就不高。

「我很愿意為我所能貢獻的領(lǐng)域付出五年甚至更長的時間,但它沒有了;」本來在NS(現(xiàn)已并入TI)擔任首席模擬設計工程師的Edison Fong,在2009年丟了工作,去一家后來賣給微軟(Microsoft)的新創(chuàng)公司待了兩年,接著又轉(zhuǎn)任系統(tǒng)酬載(systems payload)工程師:「那是我做過最糟的工作;在我申請?zhí)嵩缤诵葜?被要求一個星期得工作80個小時?！?

在過去的一年半,Fong在美國加州大學的圣克魯茲分校(UC Santa Cruz)擔任客座顧問,并從一些天線的專利取得收入;他覺得他的遭遇已經(jīng)比一些朋友好得多,有人甚至不得不完全退出所熟悉的技術(shù)領(lǐng)域,或者得離家到遙遠的中國等地工作。

但在此同時,北美的模擬工程師職缺卻乏人問津,那些職缺大多需要工程師同時具備數(shù)字與模擬技術(shù)經(jīng)驗,而且需在元件層級(device level)工作。

在加拿大國家研究院(National Research Council of Canada)的碳化矽上氮化鎵(GaN on SiC)研究專案負責客戶關(guān)系業(yè)務的Brian Kennedy開玩笑表示:「如果具備正確的技術(shù)專長,我們的客戶甚至愿意聘請80歲的模擬工程師,無論性別?！苟以诩幽么蠊ぷ骺上硎茚t(yī)療免費。

Kennedy的客戶來自產(chǎn)業(yè)各層面,有跨國公司也有新創(chuàng)公司,都是專精于以先進半導體材料生產(chǎn)客制化晶圓片;他指出,具備模擬技術(shù)專長、且在晶圓層級有工作經(jīng)驗的模擬工程師,現(xiàn)在可說擁有鍍金身價:「廠商愿意重金聘請那些具備高度特殊技能的人才,但相信我,能具備這類知識技能的工程師通常都得經(jīng)歷一段艱辛的學習過程,基本上就像學黑魔法一樣?！?

他表示,一個能勝任元件層級工作的優(yōu)秀模擬設計工程師,每設計一顆客制化晶片的酬勞可達5,000美元至2.5萬美元。不過有晶圓層級工作經(jīng)驗,又具備數(shù)字、模擬混訊號技能的工程師,跟只具備模擬設計經(jīng)驗的工程師又不可同日而語。

Glen Chenier是一位跳槽過各種不同類型公司的模擬工程師,在某一段時間他所具備的離散邏輯設計技能非常搶手:「但現(xiàn)在你找工作會發(fā)現(xiàn),人家要請的都是混 合訊號,而且都是晶片設計?！顾f他從未有過元件層級的工作經(jīng)驗:「為大公司工作的時候,通常會被盯得很緊,而且也不會被調(diào)動工作地點或職務。」

Chenier曾經(jīng)轉(zhuǎn)職過兩次,每次都是跟模擬有關(guān)的工作,而且做到工作沒有為止;他定居在美國西雅圖,不想再重頭開始一個可能在五年內(nèi)就炒他魷魚的工作。但在他居住的區(qū)域,模擬工程師其實并不多。

在失業(yè)了好一段時間之后,Chenier最后去一家維修二手電信設備的公司負責反向工程:「這個工作很棒,因為擁有很強的電路設計背景,我能很容易從別人的設計中找出所有的連結(jié)、推導出各功能區(qū)塊,并重新畫出電路圖?！刮ㄒ坏娜秉c是,這家公司付的薪水只有他當模擬工程師時的一半不到。

但產(chǎn)業(yè)界對于具備混合訊號設計經(jīng)驗的優(yōu)秀模擬工程師之需求與可提供薪資,是同步持續(xù)成長的。在工程與人才招募服務業(yè)者Ranstad US負責的嵌入式產(chǎn)業(yè)客戶的解決方案經(jīng)理Henry Wintz表示,產(chǎn)業(yè)的混合訊號工程師人才需求跟幾年前比多了三倍,而且薪資水準大幅跳躍。

Wintz表示,現(xiàn)在要找到一個模擬/混合訊號工程師所需平均時間,會比找一個嵌入式軟體設計師要長得多:「通常在一個嵌入式軟體工程師職缺開放的第一天內(nèi),我們很快就能收到3~5個適合的應征者履歷,但混合訊號工程師職缺往往等上2~3天還看不到一個合格應征者?！?

這有一部分原因是合格的模擬/混合訊號工程師人才本來就少,而且這類職缺的技能需求會比嵌入式軟體工程師獨特得多;Wintz表示:「我個人觀察,在45個工程師中往往只有1個人是夠資格應征該類職缺的?！?

Wintz表示,混合訊號設計工作的一個挑戰(zhàn)是,工程師得有五年以上的工作經(jīng)驗也許才能勝任,而且通常是得跟著資深模擬工程師前輩一對一學習,才能累積豐富的模擬知識經(jīng)驗,能理解電路設計中任何一個微小的差異。

有些工程師認為,模擬工程師人才不僅面臨減少的問題,部分雇主對工程師的期待也越來越高,甚至有些不切實際。

「我的工程師朋友跟我說,他們看到對模擬工程師的征才條件,幾乎需要具備所有模擬相關(guān)專長;」曾是模擬工程師,目前在Atmel擔任創(chuàng)意作家的Paul Rako表示:「然后他們又加上“必須懂VHDL”數(shù)字程式語言。什么?這像是兩個完全不同的世界;如果你試著要塞滿所有這些資訊,你的腦袋會爆炸!」

Ranstad的Wintz 坦承,他有數(shù)家客戶的模擬工程師職缺已經(jīng)懸置一年以上:「這讓我知道是他們開出的條件太嚴苛,而且他們要求應征者具備太多技能,基本在這個星球上找不到?jīng)]有受過特定訓練與客戶經(jīng)驗就夠資格的人。」

在凌力爾特(Linear Technology)(現(xiàn)已并入ADI)擔任設計工程師的Barry Harvey也認為,那些企業(yè)主總是會在招募模擬設計工程師時抱著不切實際的期待:「如果你的公司想打造需要真正罕見技術(shù)經(jīng)驗的產(chǎn)品,該怎么做?當然,你是無法在短時間之內(nèi)就找到一個專家的,而大多數(shù)的主管都不能好好規(guī)劃或等待,因此他們只是直接開始找人或是擬一個不那么完美的條件草稿。」

他指出,他在到Linear之前待過的每一家公司都想做模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC),但沒有一家找到過正確的人才:「射頻設計也是像那樣,除非你能找到一個訓練有素的大學畢業(yè)生,但問題是,通常具備RF經(jīng)驗的人不是已經(jīng)被別家公司好好供著,就是退休了;現(xiàn)在很少有公司像Linear這樣,有一套連續(xù)性的團隊接班以及長期性人才養(yǎng)成計劃?！?

那,到底該怎么辦呢?有鑒于優(yōu)良模擬設計技巧得從工作中學習、師法資深前輩,產(chǎn)業(yè)界該如何確保能有穩(wěn)定的人才供應來源可支援未來所需?

很多人相信,在職訓練,特別是在模擬技術(shù)領(lǐng)域,是確保經(jīng)驗能一代代傳承的最佳方式;其附帶的好處是能持續(xù)進修,特別是在這個技術(shù)變化快速的領(lǐng)域,能有助于較資深的員工避免與時代脫節(jié)。但員工訓練──尤其是針對資深員工──并非每家企業(yè)優(yōu)先重視的項目。

對此Chenier表示,他在模擬技術(shù)被棄之若敝屣的時候,幾乎一直在該領(lǐng)域工作;他所犯的最大錯誤就是太專注在模擬設計與針對數(shù)字訊號完整性的PCB設計,因為擅長于此所以非常忙碌,都沒有時間學習程式語言等新東西。

他指出:「因為沒有需要,所以當然沒有激勵我去學習的動機;我應該要堅持接受至少一點點有關(guān)數(shù)字FPGA或VHDL的交叉訓練,但通常那些領(lǐng)域都會有其他大型團隊負責,而模擬工程師只有唯一一個。」

有部分模擬工程師相信,那種不好好訓練或是留住模擬技術(shù)專家的公司,會一直陷入找不到人才的困境或干脆放棄;Harvey表示:「現(xiàn)在仍活躍的一群到了90歲絕對不會再工作了,當你年紀越大技術(shù)越專精,但你就也不會想再忍受某些公司運作的方式。」

如果產(chǎn)業(yè)界忽略了培養(yǎng)下一代模擬工程師這個問題,產(chǎn)品的創(chuàng)新可能會遇到障礙;「我們可能會看到大多數(shù)是新產(chǎn)品的開發(fā),但不是新技術(shù)?！笻arvey舉例解釋,Widlar能隙與可寫入式CD能算是創(chuàng)新技術(shù),但后來的Brokaw能隙與可寫入式DVD,就只能說是產(chǎn)品的升級。

【如何學習模擬IC設計】

眾所周知,模擬電路難學,以最普遍的晶體管來說,我們分析它的時候必須首先分析直流偏置,其次在分析交流輸出電壓。可以說,確定工作點就是一項相當麻煩的工作(實際中來說),晶體管的參數(shù)多、參數(shù)的離散性也較大。但值得我們注意的是,模擬電路構(gòu)建了電子行業(yè)的基礎(chǔ),至今為止,電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如此高的水平。但如果我們觀察各種電子電路的發(fā)展,我們會發(fā)現(xiàn):幾乎所有的電子技術(shù)都離不開放大技術(shù)。即使是數(shù)字芯片內(nèi)部,其基本單元都是互補型源極接地放大電路。模擬電子技術(shù)的重要性時不我待。

模擬電路再怎么說,關(guān)鍵的是多學多做,做出片子就自然懂得哪些知識點需要掌握了。這里就主要談談學習模擬電路要求的四個知識部分,要成為模擬電路的設計者,我們必須掌握其最基本的以下四個組成部分:

(1)晶體管元件的設計

它是指半導體工程學方面的知識,任何設計的IC芯片都將最終回歸于它,一般都是從薛定諤波動方程式開始引出的(比較復雜),但與實際具體設計電路直接聯(lián)系不大,而我們又不能缺少這部分,是理論基礎(chǔ)。

(2)晶體管電路的設計

要從事模擬電路設計事實上必須掌握晶體管電路的基本知識,推薦一邊學習一邊實驗、仿真,PSPICE之類的都可以,通一個就行,同時要注意多想多動手。時間長了自然能掌握晶體管電路的設計技術(shù),這里面的學習,我們就開始掌握經(jīng)驗。晶體管、FET是構(gòu)建整個電路的基礎(chǔ),這里學通了,諸多IC的原理圖就很直觀了。

(3)功能模塊的設計

功能模塊主要以各種各樣的運放為基礎(chǔ),包括AD、 DA、PLL、穩(wěn)壓源等等,它們都主要是由晶體管構(gòu)成的,功能模塊設計工程中都會將元器件適當?shù)睦硐牖?。這部分的學習是十分重要的。一般都是從這里開始學習模擬電路,這部分相對來說比較易懂,也是模擬電路學習的切入點。

(4)系統(tǒng)設計

這部分就需要相當?shù)母叨?需要慮方方面面。

其實,說實在的,真正做過一兩塊片子就差不多能通大半部分。 關(guān)鍵是試驗、動手。

復旦攻讀微電子專業(yè)模擬芯片設計方向研究生開始到現(xiàn)在五年工作經(jīng)驗,已經(jīng)整整八年了,其間聆聽過很多國內(nèi)外專家的指點。最近,應朋友之邀,寫一點心得體會和大家共享。

我記得本科剛畢業(yè)時,由于本人打算研究傳感器的,后來陰差陽錯進了復旦逸夫樓專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室做研究生。現(xiàn)在想來這個實驗室名字大有深意,只是當時惘然。

電路和系統(tǒng),看上去是兩個概念, 兩個層次。 我同學有讀電子學與信息系統(tǒng)方向研究生的,那時候知道他們是“系統(tǒng)”的,而我們呢,是做模擬“電路”設計的,自然要偏向電路。而模擬芯片設計初學者對奇思淫巧的電路總是很崇拜,尤其是這個領(lǐng)域的最權(quán)威的雜志JSSC(IEEE Journal of solid state circuits), 以前非常喜歡看,當時立志看完近二十年的文章,打通奇經(jīng)八脈,總是憧憬啥時候咱也灌水一篇, 那時候國內(nèi)在此雜志發(fā)的文章鳳毛麟角, 就是在國外讀博士,能夠在上面發(fā)一篇也屬優(yōu)秀了。

讀研時,我導師是鄭增鈺教授,李聯(lián)老師當時已經(jīng)退休,逸夫樓邀請李老師每個禮拜過來指導。鄭老師治學嚴謹,女中豪杰。李老師在模擬電路方面屬于國內(nèi)先驅(qū)人物,現(xiàn)在在很多公司被聘請為專家或顧問。 李老師在87年寫的一本(運算放大器設計);即使現(xiàn)在看來也是經(jīng)典之作。李老師和鄭老師是同班同學,所以很要好,我自然相對于我同學能夠幸運地得到李老師的指點。

李老師和鄭老師給我的培養(yǎng)方案是:先從運算放大器學起。所以我記得我剛開始從小電流源開始設計。那時候感覺設計就是靠仿真調(diào)整參數(shù)。但是我卻永遠記住了李老師語重心長的話:運放是基礎(chǔ),運放設計弄好了,其他的也就容易了。當時不大理解,我同學的課題都是AD/DA,鎖相環(huán)等“高端”的東東,而李老師和鄭老師卻要我做“原始”的模塊,我僅有的在(固體電子學) (國內(nèi)的垃圾雜志)發(fā)過的一篇論文就是軌到軌(rail-to-rail)放大器。 做的過程中很郁悶,非常羨慕我同學的項目,但是感覺李老師和鄭老師講的總有他們道理,所以我就專門看JSSC運放方面的文章,基本上近20多年的全看了。

當時以為很懂這個了,后來工作后才發(fā)現(xiàn)其實還沒懂。 所謂懂,是要真正融會貫通,否則塞在腦袋里的知識再多,也是死的。但是運算放大器是模擬電路的基石,只有根基扎實方能枝繁葉茂,兩位老師的良苦用心工作以后才明白?？偟膩碚f,在復旦,我感觸最深的就是鄭老師的嚴謹治學之風和李老師的這句話。

碩士畢業(yè),去找工作,當時有幾個offer。 我?guī)熜謱O立平, 李老師的關(guān)門弟子,推薦我去新濤科技,他說里面有個常仲元,魯汶天主教大學博士,很厲害。我聽從師兄建議就去了。新濤當時已經(jīng)被IDT以8500萬美金收購了,成為國內(nèi)第一家成功的芯片公司。面試我的是公司創(chuàng)始人之一的總經(jīng)理Howard. C. Yang(楊崇和)。 Howard是Oregon State University 的博士,鎖相環(huán)專家。面試時他當時要我畫了一個兩級放大器帶Miller補償?shù)? 我很熟練。他說你面有個零點,我很奇怪,從沒聽過,云里霧里,后來才知道這個是Howard在國際上首先提出來的, 等效模型中有個電阻,他自己命名為楊氏電阻。 當時出于禮貌,不斷點頭。不過他們還是很滿意,反正就這樣進去了。我呢,面試的惟一的遺憾是沒見到常仲元,大概他出差了。

進入新濤后,下了決心準備術(shù)業(yè)有專攻。因為本科和研究生時喜歡物理,數(shù)學和哲學,花了些精力在這些上面。工作后就得真刀真槍的干了。每天上班仿真之余和下班后,就狂看英文原版書。第一本就是現(xiàn)在流行的Razavi的那本書。讀了三遍。感覺大有收獲。那時候在新濤,初生牛犢不怕虎,應該來說,我還是做得很出色的,因此得到常總的賞識,被他評價為公司內(nèi)最有potential的人。偶爾常總會過來指點一把,別人很羨慕。其實我就記住了?？傆写瘟奶鞎r給我講的心得, 他大意是說做模擬電路設計有三個境界:第一是會手算,意思是說pensile-to-paper, 電路其實應該手算的,仿真只是證明手算的結(jié)果。第二是,算后要思考,把電路變成一個直觀的東西。 第三就是創(chuàng)造電路。

我大體上按照這三部曲進行的。Razavi的那本書后面的習題我仔細算了。公司的項目中,我也力圖首先以手算為主, 放大器的那些參數(shù),都是首先計算再和仿真結(jié)果對比。久而久之,我手計算的能力大大提高,一些小信號分析計算,感覺非常順手。這里講一個小插曲,有一次在一個項目中,一個保護回路AC仿真總不穩(wěn)定,調(diào)來調(diào)去,總不行,這兒加電容,那兒加電阻,試了幾下都不行,就找?？偭恕Ｒ驗檫@個回路很大,所以感覺是瞎子摸象。?？傄贿^來三下五除二就擺平了, 他仔細看了,然后就導出一個公式,找出了主極點和帶寬表達式。通過這件事,我對常總佩服得五體投地, 同時也知道直觀的威力。所以后來看書時,都會仔細推導書中的公式,然后再直觀思考信號流, 不直觀不罷手。一年多下來, 對放大器終于能夠透徹理解了,感覺學通了, 通之后發(fā)現(xiàn)一通百通。最后總結(jié):放大器有兩個難點,一個是頻率響應,一個是反饋。
其實所謂電路直觀,就是用從反饋的角度來思考電路。每次分析了一些書上或者JSSC上的“怪異”電路后,都會感嘆:反饋呀,反饋!然后把分析的心得寫在paper上面。

學通一個領(lǐng)域后再學其他相關(guān)領(lǐng)域會有某種“加速”作用。 常總的方式是每次做一個新項目時,讓下面人先研究研究。我在離開新濤前,做了一個鎖相環(huán)。 我以前沒做過,然后就把我同學的碩士論文,以及書和很多paper弄來研究,研究了一個半月,?？傔^來問我:鎖相環(huán)的3dB帶寬弄懂了吧? 我笑答:早就弄懂了。

我強大的運放的頻率響應知識用在鎖相環(huán)上,小菜了。我這時已經(jīng)去研究高深的相位噪聲和jitter了。之后不久,一份30多頁的英文研究報告發(fā)出來,?？偞蠹淤澷p!。 后來在COMMIT時,有個項目是修改一個RF Transceiver芯片, 使之從WCDMA到TD-SCDMA。里面有個基帶模擬濾波器。我以前從沒接觸過濾波器,就花了兩個月時間,看了三本英文原版書,第一本有900多頁,和N多paper, 一下子對整個濾波器領(lǐng)域,開關(guān)電容的,GmC的,Active RC的都懂了。提出修改方案時, 由于我運放根基扎實,看文章時對于濾波器信號流很容易懂,所以很短時間就能一個人提出芯片電路原理分析和修改方案。最后報告寫出來(也是我的又一個得意之作),送給TI. TI那邊對這邊一下子肅然起敬,Conference call時, 他們首先說這份報告是“Great job!”,我英文沒聽懂,Julian對我夸大拇指,說“他們對你評價很高呢”。后來去Dallas, TI那邊對我們很尊敬, 我做報告時,很多人來聽。總之,現(xiàn)在知道,凡事情,基礎(chǔ)很重要,基礎(chǔ)扎實學其他的很容易切入, 并且越學越快。

我是02年11月去的COMMIT,當時面試我的也是我現(xiàn)在公司老板Julian。 Julian問我:你覺得SOC (system on chip)設計的環(huán)節(jié)在哪兒? 我說:應該是模擬電路吧,這個比較難一些。Julian說錯了,是系統(tǒng)。我當時很不以為然, 覺得模擬電路工程師應該花精力在分析和設計電路上。 Julian后來自己run了現(xiàn)在這公司On-Bright,把我也帶來, 同時也從TI拉了兩個,有一個是方博士。我呢,給Julian推薦了朱博士。這一兩年,我和朱博士對方博士佩服得五體投地。方博士是TI***里面的頂級高手, 做產(chǎn)品能力超強。On-Bright現(xiàn)在做電源芯片,我和朱博士做了近兩年,知道了系統(tǒng)的重要性。

芯片設計最終一定要走向系統(tǒng), 這個是芯片設計的第四重境界。電路如同磚瓦,系統(tǒng)如同大廈。芯片設計工程師一定要從系統(tǒng)角度考慮問題,否則就是只見樹木,不見森林。電源芯片中,放大器,比較器都是最最普通的, 其難點在于對系統(tǒng)的透徹理解。在On-Bright,我真正見識了做產(chǎn)品,從定義到設計,再到debug, 芯片測試和系統(tǒng)測試,最后到RTP (release to production)。 Julian把TI的先進產(chǎn)品開發(fā)流程和項目管理方式引入On-Bright,我和朱博士算是大開眼界,也知道了做產(chǎn)品的艱辛。

產(chǎn)品和學術(shù)是兩片天地,學術(shù)可以天馬行空,做出一個樣品就OK了。產(chǎn)品開發(fā)是一個系統(tǒng)工程,牽涉到方方面面的工作。

模擬電路的設計是工程師們最頭疼、但也是最致命的設計部分,盡管目前數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路的發(fā)展非常迅猛,但是模擬電路的設計仍是不可避免的,有時也是 數(shù)字電路無法取代的,例如 RF射頻電路的設計!這里將模擬電路設計中應該注意的問題總結(jié)如下,有些純屬經(jīng)驗之談,還望大家多多補充、多多批評指正!...