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项目解析|美国EE硕士项目研究报告(上)
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电气工程(EE)专业是申请美国留学非常热门的专业,特别EE研究生专业的申请,近几年竞争非常激烈。一方面,由于国内外日益严峻的就业形势,毕业生都想使自己在竞争中更优秀,纷纷选择出国留学。另一方面,电气工程(EE)专业就业前景非常不错,待遇也相对其他专业来说也较乐观。总的来说EE是工程类热门程度最高的专业之一。
热门指数:★★★★★
一、美国EE硕士项目概况
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EE专业介绍
Electrical Engineering(Electronic Engineering & Computer Engineering)(我们常讲的EE)一般设立在工程学院下。电气工程是工程学重要的分科之一,主要是有关电学、电子学及电磁学方面的研究或应用。这个领域再细分为许多小分支,像是电力工程、电子工程、自动控制、信号处理及电信工程。
电子工程,是电气工程的一个子类,是面向电子领域的工程学。但有时“电气工程”(electrical engineering)一词的意义有时不包括“电子工程”(electronic engineering)。这时“电气工程”与“电力工程”意义相同,是指和大能量的电力系统(像是电力传输、重型电机机械及电动机)相关,而“电子工程”则指处理小信号的电子系统(像是计算机和集成电路)。
美国大学电子电气工程EE专业内部具有很强的交叉学科性。传统的国内教授则认为EE应该是以system为主要核心,主要原因就在于没有那么多科研的经费投到device、material层面去研究,认为这些方面的研究不能直接产生经济效益;而system层面的研究得到的回报比较迅速。而美国EE的faculty认为EE应该是以device为核心,向上向下分别延伸,称为system、material或者换句话说:EE就应该是以物理层面为主要的,虽然传统国内理解的Communication、Signal Processing等方面前几年比较热,这只是因为他们的应用市场、产业前景非常好,但这并不是EE的主流。
接下来明确Electrical Engineering 与Electronic Engineering,Computer Engineering的关系。
【电气工程Electrical Engineering】is a field of engineering that generally deals with the study and application of electricity, electronics and electromagnetism. It now covers a range of subtopics including power, electronics, control systems, signal processing and telecommunications.
【电子工程Electronics Engineering】also referred to as electronic engineering, is an engineering discipline which uses the scientific knowledge of the behavior and effects of electrons to develop components, devices, systems, or equipment (as in electron tubes, transistors, integrated circuits, and printed circuit boards) that uses electricity as part of its driving force. Both terms denote a broad engineering field that encompasses many subfields including those that deal with power, instrumentation engineering,telecommunications, semiconductor, circuit design, and many others.
【计算机工程Computer Engineering】is a discipline that combines both electrical engineering and computer science. Computer engineers usually have training in electronic engineering, software design and hardware-software integration instead of only software engineering or electronic engineering. Computer engineers and involved in many aspects of computing, from the design of individual microprocessors, personal computers, and supercomputers, to circuit design. This field of engineering not only focuses on how computer systems themselves work, but also how they integrate into the larger picture.
可以看出,电子工程和电气工程都是通过利用电学知识,电力电能等,去develop不同的电子设备,系统,电子装置等,从而解决日常生活中有关电力的问题。由于现代世界中电子、电子设备、电能等的普及,EE在日常生活中的应用领域也十分广泛。
电气工程(Electrical Engineering)的应用包括电能,电气传输,控制理论等。电子工程则是包括电力,半导体,电路设计,电子通讯,电路板,电信沟通等内容。一般在美国之外的学界认为,电气工程(Electrical Engineering)更多地包括大型的电气设备的运用,例如电力传送、动力控制设备等。
而电子工程(Electronic Engineering)则是处理相对小规模的电子设备的应用问题,例如是计算机设备,集成电路等。相应地,电气工程一般是研究用电力传送能量,而电子工程则是用电力去传输信号。而随着power electronic(功率电子学)的发展,两个概念的区分变得模糊了。
但是在美国学界,Electrical Engineering是涵盖了所有与电学相关的discipline的,所以Electrical Engineering包括了Electronic Engineering在内。
而计算机工程Computer Engineering则是设计大量EE知识和部分CS知识的学科。电脑工程师会学到电子工程,软件设计和应届/软件结合的内容,工作领域包括电路设计,计算机设计,软件编写等等。一般情况下美国院校会将其归在EE department下。例如UCSD就是把CE作为EE下的一个研究方向。另外,也有不少学校设立ECE department,即Electrical & Computer Engineering.
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院系设置
美国大学电气工程学科在机构名称上有的学校称电气工程系,有的称为电气工程与信息科学系,有的称为电气工程与计算机科学系等等。该学科(系)在科研、教学及学术组织形式上与国内电气工程学科有较大不同。
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研究领域方向
主要大学电气工程学科的教学与科研领域简要归纳为11个方向:
通讯与网络(Communications & Network)
通讯与网络是目前很热门的学科方向之一,主要包括无线网络与光网络,移动网络,量子与光通讯,信息理论,网络安全,网络协议与体系结构,交互式通讯,INTERNET运行性能建模与分析,分布式高速缓存系统,开放式可编程网络,路由算法,多点传送协议,网络电话学,带宽高效调制与编码系统,网络中的差错控制理论及应用,多维信息与通讯理论,快速传送连接,服务质量评价,网络仿真工具,网络分析,神经网络;信息的特征提取、传送、存储及各种介质下的信息网络化问题,包括大气、空间、光钎、电缆等介质等。本专业方向与信号处理,计算机,控制与光学等广泛交叉。
计算机科学与工程(Computer Engineering)
计算机科学与工程涉及领域较宽广,包括计算机图形学,计算机视觉技术,口语系统,医学机器人,医学视觉,移动机器人学,应用人工智能,有生物灵感的机器人及其模型。医疗决策系统,计算机辅助自动化,计算机体系结构,网络与移动系统,并行与分布式操作系统,编程方法学,可编程系统研究,超级计算技术,复杂性理论,计算与生物学,密码学与信息安全,分布式系统理论,先进网络体系结构,并行编辑器与运行时间系统;并行输入输出与磁盘结构,并行系统、分布式数据库和交易系统,在线分析处理与数据开采中的性能分析。
信号处理(Image,video,audio&speech processing)
信号处理技术是现代电子电气工程的基础。包括声音与语言信号处理,图像与视频信号处理,生物医学成像与可视化,成像阵列与阵列信号处理,自适应与随时间变化的信号处理,信号处理理论,大规模集成电路(VLSI)体系结构,实时软件,统计信号处理,非线性信号处理与非线性系统标识,滤波器库与小波变换理论,无序信号处理,分形与形态信号处理。
系统控制(Systems & controls)
系统控制包括鲁棒与最优控制,鲁棒多变量控制系统,大规模动态系统,多变量系统的标识,制造系统,最小最大控制与动态游戏,用于控制与信号处理的自适应系统,随机系统,线性与非线性评估的设计,随机与自适应控制等。
电子学与集成电路(Electronics & integrate circuit)
电子学与集成电路领域包括微电子学与微机械学,纳电子学(Nanoelectronics),超导电路,电路仿真与装置建模,集成电路(IC)设计,大规模集成电路中的信号处理,易于制造的集成电路设计,集成电路设计方法学,A/D与D/A转换器,数字与模拟电路,数字无线系统,RF电路,高电子迁移三极管,雪崩光电管,声控电荷传输装置,封装技术,材料生长及其特征化。
光子学与光学(Photons & Optics)
在美国,光子学与光学属于电气电子系的关键方向之一。专业方向包括光电子学装置,超快电子学,非线性光学,微光子学,三维视觉,光通讯,软X光与远紫外线光学,光印刷学,光数据处理,光通讯,光计算,光数据存储,光系统设计与全息摄影,体全息摄影研究,复合光数字数据处理,图象处理与材料光学特性研究。
电力技术(Power Tech)
电力技术主要包括电气材料学与半导体学,电力电子及装置,电机,电动车辆,电力系统动态及稳定性,电力系统经济性运行,实时控制,电能转换,高电压工程等。
电磁学(Electromagnetics)
电磁学包括卫星通讯,微波电子学,遥感,射电天文学,雷达天线,电磁波理论及应用,无线电与光系统,光学与量子电子学,短波激光,光信息处理,超导电子学,微波磁学,电磁场与生物媒介的相互作用,微波与毫米波电路,微波数字电路设计,用于地球遥感的卫星成像处理,子毫米波大气成像辐射线测定(Submillimeter-Wave Atmospheric Imaging Radiometry),矢量有限元,材料电气特性测量方法,金属零件缺陷定位。
微结构(Microstructure)
微结构作为微电子学革命的发源学科,固体电子学技术现在又产生了另一个新的重要的技术领域--微机电系统Micro-Electro-Mechanical Systems MEMS。MEMS是一个极端多学科交叉的领域,对许多工程与科学领域有重大影响,尤其是电气工程,机械工程,生物工程等。最近的研究表明微加工(Micromaching)为推动化学工程、材料工程、生物学、物理化学的前沿发展提供了强大的工具。MEMS的最基础方面是微制备技术的加工知识,制造微小结构的方法。
材料与装置(Materials and Devices)
电气电子材料及其装置是美欧大学电气学科中的重要学科方向之一。这一学科包括光电子装置仿真,纳结构电子学,半导体与微电子学,磁性材料、介电材料与光材料及其装置,固态物理及其应用,小型机械结构及其激励器,微机械与纳机械装置(Micromechanical and Nanomechanical Devices),物理、化学和生物传感器,装置物理学及其特征化,设备建模与仿真,纳制备与新装置,微细加工,超导电子学。
生物工程(Bioelectrical engineering)
生物、生命科学是21世纪的最活跃学科之一,利用电气电子技术进行生物生命研究是美欧大学电气学科的特点之一。包括生物仪器,生物传感器,计算神经网络,生物医学超声学,微机电系统(MEMS),神经系统中信号的传递与编码,高能粒子与生命物质的相互作用,高能粒子束与高能X光在治疗肿瘤中的临床应用,医学成像,生物图象处理,磁共振成像,发射型计算机断层摄影术(PET和SPET),超声成像,超声成像的三维重建,心脏成像的特征提取, PET/SPET成像中衰减校正,神经微电子界面,血管内的成像,聋瞎病人感官辅助系统,盲人阅读机,自动语言识别等。
其中最受学生欢迎的分支有:动力(Power);系统控制(System Control);电子(Electronics);微电子(Microelectronics);信号处理(Signal processing);无线通信(Telecommunications);仪表(Instrumentation);计算机(Computers)等。
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学制
电气工程专业项目时长1-2年,多为2年,少为1年/1.5年。如:University of Michigan, Ann Arbor- Electrical and Computer Engineering、University of Texas, Austin- Electrical and Computer Engineering均为2年学制;UCB- Electrical Engineering & Computer Sciences、Caltech-Electrical Engineering为1年学制。
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留学费用
一年的学费平均在3万美金左右,不同城市的生活费差别较大,大体在1-2万美金之间,一年的费用支出在30万人民币左右,两年在60万人民币左右。
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背景要求
申请美国电气工程硕士专业,本科需要是通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、自动化、电气工程及自动化、测控技术与仪器专业、物理、数学、计算机科学等相关专业基础。
二、申请攻略
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申请方向选择
因为美国EE结合了电子工程和电气工程,涵盖了电学中宏观和微观的应用,而且领域十分广泛,方向较多,每个学校看重的,或者优势方向分别大,所以在申请选择上,要跟自己的兴趣爱好、背景和科研经历相结合,选择自身背景与学校专业方向匹配度高的方向来申请录取把握更大,最重要的是research background与申请方向吻合。
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申请难度
顶级难度学校:
MIT、Stanford University、UC- Berkeley、Harvard…
能申到的都是绝对大牛!
超级难度学校:
UIUC、Gatech、UCSD、UT Austin、CMU、UMich、UCLA、Cornell、Purdue、UW-Madison、OSU、UCI、UCD…
能申到的都是三维超高(至少3.5+/325+/100+), 并且有非常厉害科研项目经历。
高级难度学校:
Columbia、Duke、USC、BU、RPI、TAMU、UPenn、UF、JHU、CWRU、WUSTL、NYU、…
基本条件:GPA 3.5+, GRE 320+, IBT 100+;有较丰富科研项目实习经历。
中级难度学校:
Northeastern、Drexel U、Syracuse、Pittsburg…
基本条件:GPA 3.0+, GRE 310+, IBT 95+,正常经历包装即可。
【硬性成绩】
TOP 30:GPA 3.5+;GRE 320+;TOEFL 100+
上面所列出的仅仅是一个学校对申请者的最低和最基本的要求。学生的各项成绩达到这个标准只是一个基础要求。在这个档次的学校里,对学生的要求非常严格,有的学校不要求总分,但对每一项成绩都有具体的要求。当然,对与学习工科的学生,Quantitative成绩非常重要,也比较容易达到这个水平,但是,对于Verbal尤其是Analytic Writing来讲,很多学习理工科的学生都是达不到这个成绩的,也给申请这个学校带来一定的影响。除了这些,最主要的就是申请者有相关研究经历或项目经历或实习经历,如果有相关论文发表或者项目成果对申请会有很大的帮助。
Top 31-50的学校:GPA 3.2+;GRE 320+;TOEFL 100+
这个档次也是美国很好的学校,有很多名校,对成绩的要求上相对降低一些,但并没有太大的变化,尤其是TOP40左右的学校,还是非常难申请的。这个档次的学校,适合对冲击名校没有太大把握的学生,或者是足够优秀但是留学经费不是太足,需要奖学金的支持来完成学业的。这个档次的学校也都不错,而且还是需要你除了有成绩之外,有自己的研究项目。
如UC-Davis(加州大学戴维斯分校)的EE,以前录取学生的平均GPA就达到了3.69,自费学生的录取平均GPA也到达了3.6;而在GRE方面,平均录取分数为Verbal159,Quantitative 168,and Analytical 4.5。
这个档次的学校都是非常有钱的,如Boston University(波士顿大学)是一个贵族学校,给Phd发的奖学金比MIT还要多很多,学生毕业后很好找工作。BU的硕士没有想象中那么难申请,一般GRE在320以上,T在100分以上,有相关研究背景都可以了。另外,BU在录取信里明确说明是不给硕士申请者奖学金的。所以以奖学金为目的的学生要特别注意,申BU的话可以考虑申博士。
很多被这个档次的学校录取的学生都是申请TOP30学校的名校毕业生,有很好的成绩和研究经历。这个档次往年录取的学生的平均成绩一般在:GPA3.5、GRE320、TOEFL100,没有这个成绩,最好不要把这个档次的学校作为主要的申请档次,冲刺一下倒是可以考虑的。
Top 51-100的学校:GPA 2.8+;GRE 300+;TOEFL 80+
这个档次的学校是美国中档学校,由于美国总体的教育水平非常高,所以这个档次的学校也是不错的。录取要求方面相对前面的学校有所降低,一般冲击名校的同学作为保底的学校。也是大多数成绩和背景相对一般的同学申请的主要档次,也是中国学生申请最多的档次。
考过托福的一定知道80分是一个最低标准,虽然学校给出了这个最低分,但是要是真的想用80分的成绩被录取还是挺困难的。这个档次适合GPA可能不是太高,但是还说得过去,没什么研究经验的学生。
【软性背景】
【最重要的决定因素——科研项目背景】
无论申请哪所学校,申请人的科研背景都是最关键的因素,即使有些科目的考试成绩不理想,也不会影响大局。比如TOEFL成绩低的,如果科研背景很好,一样可以被学校录取,最多就是收到一个有条件录取,到了学校先读一段时间的语言培训课程。
美国教授最看重的是申请人的科研背景和工作经验,他们希望找一个过来就可以直接干活的人。所以哪位学生接触和参与过的项目多,教学方式和实验器材更先进,跟美国更接轨,就更容易受到美国院校的青睐。
申请TOP 30的学校,一个非常出色的成绩是必需的,但是这并不是决定是否被录取的关键,拥有很好的科研背景才是打开这些学校大门最重要的一把钥匙。这些学校录取的中国学生一般都是在中国本领域非常强的学校毕业的学生,而且各项成绩非常好,研究项目经历非常丰富,有多篇论文发表,还有很多人是有多年实际工作经验的。因此如果没有这样好的研究经历背景,得到这些学校的录取非常难。
【实习】
华为,中兴,英特尔,惠普,思科,爱立信,运营商……
【比赛】
美国大学生数学建模比赛MCM/ICM
全国大学生电子设计竞赛
全国大学生嵌入式物联网设计大赛
全国大学生化工设计竞赛
全国大学生西门子杯自动化挑战赛
大学生软件设计大赛
全国大学生软件创新大赛
……
建议同学们尽量提升自己的申请背景,多数同学在国内本科阶段都会做一些电子工程专业课相关的课程设计,同时很多学校也都会要求学生做一些大学生创新项目。另外,也建议同学们尽早联系学校实验室老师做科研项目或者找一些专业相关的实习工作,美国学校大多都看重申请人的知识运用能力和科研学术潜力。
总的来说:1.丰富相关研究背景和经验;2.多做相关研究领域的research以及课题研究;3.多参加相关研究领域的比赛活动;4.多参加专业实习。
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地理位置
电子工业最集中的地方是加州。加州的学校里,UCLA的电磁方向很强,UCSD的无线电通讯很有特色,剩下的UCSB有很牛的半导体物理。加州学校在就业上有很大优势。
另外德州、纽约州、密歇根州、马萨诸塞州也都是很不错的选择。
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部分学校录取情况
EE Master的录取情况总体而言要比CS (Computer Science)好很多,但EE每年只要是还行的学校都会有上千人申请,而且申请者大多有超牛的Paper、GPA和GT。背景中上的,例如GRE大于320,TOEFL大于100,GPA大于3.5,211或985学校毕业的,背景还不错,申请硕士的一般都有3-4个学校的OFFER在手,而且学校还算比较可以,例如UC系列的学校、BU、OSU、TAMU、USC等。
另外,有不少AD大户院校其中包括IIT、Auburn University、Drexel University、NJIT、Polytechnic University、SUNY Buffalo等,这些学校可以说来者不拒,只要是GRE在300左右,托福80分左右,GPA 3.0左右的学校都发ad。
发放AD比较多而档次属中上的学校有以下这些:Columbia, USC, BU, OSU, TAMU等。
Columbia是有名的AD大户,EE的MS学生一年也招将近100人,很多学生都会担心校招生多是否代表这个课程的含金量不高,但这没有必然的联系,而相反这样的牛校,不会拒别人于千里之外同时也给了一些条件不是非常优秀但有潜力的学生一个读名校的机会。
USC一直以来都是海招政策,一年的EE自费硕士海招500人左右。如果GPA>3.0,GRE>315,IBT>100,国内top30的院校毕业,基本就能拿到AD。
BU没有想象中那么难申请,申请硕士的一般GRE>320以上,T>100,有相关研究背景都可以,另外BU在录取信里明确说明了不给硕士申请者奖学金的。
TAMU比较看重申请人的学校背景和专业匹配度。
Ohio State U( 俄亥俄州立大学),其专业排名在25左右,传说是被无数大牛保底的学校,所以申请难度也很大。尽管研究生院对IBT的要求是80,但本系的要求是92,还是有一定差距的。另外,OSU号称Only Score University,换言之,这个学校还是比较注重成绩的,没有高的GT成绩申请难度依然很大。
三、EE与CS的区别和选择
其实,美国的EE和CS都是优质专业。很多同学在留学专业的选择上,总会对EE和CS这两个专业有所纠结。很多学生简单的理解为EE在研究硬件,CS在研究软件。那么具体这两个专业有什么区别,你又更适合选择哪个专业呢?以下好好分析一下,看看两个专业的深度解析。
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课程设置
EE更偏向物理层面,更偏硬件,而CS更偏软件。偏硬件的EE有代表性的方向是电磁学、电路设计、控制电路、微电子系统、通信系统等;偏软件的CS涉及领域较宽广,包括计算机图形学,计算机视觉技术,移动机器人学,应用人工智能等。
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就业方向
EE专业比CS纯软件技术门槛高,就业偏电子制造类;而CS的就业方向就宽泛多了,最容易就业的是码农,再有就是做产品设计,另外医学、网络安全、图像处理等很多行业都可以列入CS专业毕业生的就业备选。
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个性方面
那么对于学生的个性方面来说,二者有适合不适合的区别。那些习惯按规矩办事,倾向偏研究和实验型的学习的同学更适合学习EE;而那些喜欢不断尝试新鲜事物、思想自由,并且在计算机领域善于创造和改变的学生更适合学习CS。
另外,在美国,很多学校是把EE和CS放在一起的,叫做EECS(电气工程和计算机科学系)。由于美国学校选课通常都比较自由,因此两个专业的课程互选交叉的课程很多,很多教授做的研究既有与CS相关的,也与EE相关的。EE专业下面有网络方向,CS也有网络工程的方向;EE的信号处理与CS的多媒体等方向也有着广泛的交叉。
【留学建议】
①无论申请EE还是CS,数学、物理、计算机、逻辑思维、创造性思维、研究精神等方面必须优秀,才能获得美国大学的青睐。如果本科不是学CS的学生必须有充足的背景基础:计算机编程、算法和数据库结构、计算机组织和计算理论合格(最好是突出、出色的),单科成绩、平均成绩、GRE等标准化考试成绩是致胜美国计算机专业申请的必备条件。
②如果国内本科毕业生想要申请美国EE/CS硕士,除了学习成绩外(注意:GPA是硬道理),最好有一些项目、实习经验,或参加一些学科竞赛、发表一些论文。对于申请CS,编程和设计软件方面的能力,建议学生最好有实际操作经验,因为学校会关注学生对计算机语言的熟练程度、曾写过多少实用的程序等。
③即使你发现大一大二/研一研二的EE(或CS)专业不符你意,也不必担心,你还可以通过转专业、选课、转学等方式学到你真正喜爱的专业课程。总之只要你选对专业并潜心学习研究,迟早会成为一名优秀的工科人才。
未完待续
下篇将继续分享<美国EE硕士项目研究报告>
选校介绍-美国Top50研究生电气工程专业排名以及热门学校项目介绍及
就业-就业趋势、就业方向等干货信息
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END
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