IC設計產業的基礎：從 standard cell 看數位 IC 設計

摘要：本篇主要介紹 何謂 standard cell (標準元件)，以及它在IC設計流程中的重要性。

何謂 Standard cell 

　　現在的數位 IC 設計都是以 cell based 為主，cell based 顧名思義就是以 cell (元件)為基本單位，一個 standard cell (以下簡稱 std cell )可能是一個或多個邏輯閘所構成，前者如 NAND 、NOR，後者如 D-Flip-Flop、latch 等。

　　從邏輯電路學我們知道，數個電晶體便能製造出某種功能的邏輯閘，晶圓廠通常會在一開始就設計好這些邏輯閘，將他們製作成一個個標準元件。現在晶片所需要的電晶體數量越來越多，使用 std cell 可以讓數位 IC 設計工程師不需要像類比電路一樣，每個基本元件都要重新從電晶體階層開始畫，每個 std cell 都是一個模組，工程師只需運用這些模組排列組合出需要的功能即可。

　　同樣功能的這些元件，在不同的製程下，其大小速率及消耗功率也會不同，便會有不同的標準元件庫，此外同一製程下也會有針對不同速度而製造的元件庫。

了解 IC 設計 : 從了解 standard cell 開始
　　
　　對筆者來說一個比較貼切的比喻是，不同的 std cell 就像裝潢房子的各種原物料，師傅只需根據客戶的需求來採購這些木材及油漆，便能裝潢出美麗的家。數位 IC 便是這樣的概念，所以說要了解數位 IC 是如何設計，甚至了解整個產業，從了解何謂 std cell 開始一點也不為過。

　　通常晶圓廠在完成這些元件庫並確定可以量產後，就會授權 std cell 的相關資料及檔案給 IC設計公司使用，不論是 Front-end 前期的 Verilog coding、 Back-end 的 APR layout，都是利用std cell library 來進行 IC 設計、模擬、佈局。

　　一顆 IC 該使用哪種 std cell ，其實也取決了該 SPEC 制定了怎樣的速度及耗電功率，因此決定使用哪一種 library，也是 Digital IC designer 在制定 SPEC 後的其中一個考量。