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title: 工-晶片設計-chap 1 VLSI 簡介、基本電學

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# Chap 1 VLSI 簡介、基本電學

- **積體電路（IC）**是指將多個功能電路元件整合到單一晶片上的設計，其目標是縮小體積和降低成本。
- **積體電路依功能可分為三大類**:
    - **記憶體**: 用於儲存大量的資料，例如電腦和手機中的記憶體。
    - **微處理器**: 負責執行指令、處理資料，例如電腦的CPU。
    - **特殊應用積體電路(ASIC)**: 針對特定應用而設計的積體電路，例如顯示卡中的GPU。
- **數位訊號**是將類比訊號經過**取樣**和**量化**後得到的訊號。**取樣**是指將連續時間的訊號轉換成離散時間的訊號，而**量化**則是將訊號的振幅轉換成有限個離散值。
- **數位訊號處理的優勢**:
    - 數位電路容錯度和抗噪声能力較強。
    - 元件的二次效應對數位電路的性能影響遠遠低於對類比電路的影響。
    - 高效能數位電路設計較為自動化。
    - 在主流IC技術中，設計數位電路比設計類比電路產品更容易。
- CMOS 是目前最主要的積體電路技術。
- CMOS 電路利用 NMOS 和 PMOS 電晶體的互補關係來實現邏輯運算。
- **感測器**是用於將一種形式的能量轉換為另一種形式的裝置，例如光敏電阻可以感知光強、麥克風可以將聲音轉換成電訊號。
- **積體電路設計的抽象層級**: 元件、電路、架構和系統。
- **積體電路設計流程**: 系統規格、抽象模型、邏輯綜合、電路設計、實體設計和製造。
- **積體電路的未來趨勢**:
    - 製程技術的進步：線寬越來越窄。
    - 新應用需求：例如人工智能、5G通訊和物聯網等。
    - 自動化工具的發展：例如自動佈局佈線工具。
- **積體電路設計的挑戰**:
    - 提高性能、降低功耗和面積。
- **EDA 工具**: 積體電路設計高度依賴電子設計自動化 (EDA) 工具，這些工具可以輔助設計者完成從電路設計、模擬、驗證到版圖設計的各個環節。一些常用的 EDA 工具廠商包括 Cadence、Synopsys 和 Mentor Graphics 等。
- **設計規則**: 由於積體電路製造工藝的限制，設計者在進行版圖設計時需要遵循一定的設計規則，以確保電路能够正常製造和工作。這些設計規則通常由晶圓代工厂提供。
- **測試**: 積體電路在製造完成後需要進行嚴格的測試，以確保其功能和性能符合設計要求。測試方法包括功能測試、性能測試和可靠性測試等。


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1. 積體化解釋、元件介紹，主動元件(電晶體、非被動元件etc)與被動元件(電容、電阻、電感)
	1. [?] 所以電壓、電流、電場是什麼？
2. 定律：歐姆定律、克希荷夫電壓、電流定律(封閉電路下，電位差=0)(經過任意元件下，輸入電流=輸出電流)
3. 類比v.s.數位
	1. 圖片解析度計算
	2. ADC。訊號 low simpling = high distortion (低取樣=高失真)；取樣頻率值約1/2，確保不失真
		1. [?] 為什麼從電路跳到訊號解釋？雖說類比跟數位比較是討論訊號我知道，我疑惑的是他怎麼不是順著解說電學內容，而是有點岔題的談訊號
	3. 戴維寧與諾頓，電阻小用戴維寧、電阻大用諾頓，%% 現在主要討論戴維寧、另一個不談 %%
	4. 傅立葉轉換、類比比數位難做，平均薪水多一萬元(八萬多跟九萬多的差別)
4. 電路表示方式
		1. 平面層，剖面圖
		2. 電路層，
		3. 架構層，給人看的，箭頭元件
		4. 系統層，給人看的，類似UML
5. 電路製作流程：設計模型、邏輯合成、設計電路、實體設計(畫layout)、交給製作廠商
6. 電路圖片展示
7. CoWos，簡單說就是將晶片堆疊在一起，再封裝在基板上。
	1. 優點：減少空間、減少功耗跟成本
	2. 缺點：製作難度高、散熱問題
8. 半導體大廠：
	1. 自產自銷：intel，大公司，現在良率起不來
	2. 只設計不生產：又稱矽智財，如ARM
	3. 只製作不設計：台GG
9. CoWos 相關公司 股票
10. CMOS 電路介紹： PMOS、NMOS，閘極作為控制，NMOS閘極低電位時會截斷，不導通、PMOS相反，閘極地電位時會導通
11. 製作反向器，P上N下接地，X輸入1，則N高電位導通，傳入接地端，Y沒有電壓輸出為0；X輸入0，PMOS導通，Vx=Vdd，Y輸出1
12. 補充說明：
	1. 胡正明，台GG技術長，發明 MOSFET，鰭狀電晶體，先進的三圍晶體管、提高功率、易於控制電流、減少損失
	2. GAA FET，閘極包圍通道，讓電流在閘極周圍的所有方向流動，更好地控制電流並降低漏電率。改善功耗損失、提升效能。