知識力

❒ 積體電路設計的四個階層
數位積體電路的設計包含電晶體(CMOS)、邏輯閘(Gate)、標準單元(Standard cell)、積體電路(IC)等四個階層，每個階層對應到生物的實例如＜圖一＞所示：

圖一　數位積體電路設計的階層概念。

❒ 電晶體(CMOS)：一個積體電路(IC)大約有100萬個電晶體(CMOS)
數位積體電路設計的最底層為「電晶體」，也就是組成積體電路的最小單位，電晶體的種類很多，目前大多使用CMOS，當也可以使用NMOS、PMOS、BJT、HBT等。如＜圖一＞所示，電晶體(CMOS)就好像生物體中的「細胞」一樣。知識力www.ansforce.com。

❒ 邏輯閘(Gate)：一個積體電路(IC)大約有20萬個邏輯閘(Gate)
每一個「邏輯閘」其實是數個電晶體(CMOS)經過不同的排列組合而成，如表3-1所示，我們姑且假設1個邏輯閘大約由5個電晶體(CMOS)所組成，如果一個積體電路大約有100萬個電晶體，則大約有20萬個邏輯閘。如＜圖一＞所示，邏輯閘(Gate)就好像生物體中的「器官」一樣，細胞排列組合會形成不同的「器官」；而電晶體(CMOS)排列組合會形成不同的「邏輯閘(Gate)」。

❒ 標準單元(Standard cell)
IC設計工程師利用邏輯閘設計積體電路(IC)仍然不太方便，主要是由於一個積體電路(IC)中大約有20萬個邏輯閘，20萬仍然是很大的數目，為了設計上的方便，我們會將積體電路(IC)中常常使用到的特定功能先利用邏輯閘設計好，並且將它們製作成「標準單元(Standard cell)」，例如：放大器(OP Amp)、類比數位轉換器(ADC)、數位類比轉換器(DAC)等。如＜圖一＞所示，標準單元就好像生物體中的「系統」一樣，不同的器官排列組合會形成不同的「系統」(例如：肺臟、氣管、鼻子排列組合會形成吸呼系統；腸、胃、食道排列組合會形成消化系統；心臟、血管、微血管排列組合會形成循環系統)；而不同的邏輯閘(Gate)排列組合會形成不同的「標準單元(Standard cell)」。知識力www.ansforce.com。

❒ 積體電路(IC)
IC設計工程師會適當利用「邏輯閘」與「標準單元」來設計積體電路(IC)，換句話說，可以選擇使用邏輯閘來排列組合，也可以同時選擇邏輯閘與標準單元來排列組合成所需要的積體電路(IC)，如＜圖二＞所示。積體電路(IC)就好像生物體中的「人體」一樣，不同的系統排列組合會形成不同的「人體」(例如：吸呼系統、消化系統、循環系統排列組合會形成不同的人體)；而不同的標準單元(Standard cell)排列組合會形成不同的「積體電路(IC)」，如＜圖一＞所示。

圖二　可以同時選擇邏輯閘與標準單元來排列組合成所需要的積體電路(IC)。

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀，與產業現狀可能會有差異，若您是這個領域的專家想要提供意見，請自行聯絡作者；若有產業與技術問題請參與社群討論。
 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業，全華圖書公司」。＜我要買書＞