最後更新:2026年10月22日設計・架構製程節點・電晶體中國大陸:标准单元(Standard Cell)

標準元件是什麼(Standard Cell)

Standard Cell

標準元件(standard cell)是依反相器、NAND、正反器等邏輯功能,預先做好佈局的基本電路元件。多數數位晶片是以邏輯合成與佈局繞線大量排列並連接這些元件製成。元件高度以軌數(track)表示,越低密度越高。

目錄7 項
  1. 定義與原理
  2. 圖解
  3. 常見問題
  4. 相關企業
  5. 相關用語
  6. 比較文章
  7. 資料來源

定義與原理

標準元件(standard cell)是邏輯電路設計使用、預先做好的基本元件電路。依反相器、NAND、NOR、正反器、加法器等邏輯功能,備有決定電晶體配置與導線的佈局,集合起來稱為元件庫(cell library)。幾乎所有數位晶片,都是把這些元件排列數百萬到數十億個並連接起來製成。

在設計流程中,首先由邏輯合成工具把以硬體描述語言撰寫的電路轉換為元件的組合。接著由佈局繞線工具把元件排列在晶片上,並以導線連接元件。所有元件高度一致,橫向排列時電源與接地線會相連,因此能像砌磚一樣無縫排列。元件庫由晶圓代工廠或 IP 公司,依製程與 PDK 一起提供。

元件高度以能放入幾條導線(軌數,track)表示,由金屬間距×軌數決定。已從過去的9軌,逐漸降低到7.5、6、5軌。縮小元件是提高邏輯密度最直接的方法,減少 FinFET 鰭片數、改良導線結構、把電源線移到晶圓背面(背面供電)等技術,都被用來降低元件高度。

圖解

依序進行 RTL 設計、邏輯合成、元件擺放、繞線的標準元件數位設計流程

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元件庫依製程與 PDK 一起提供。

標準元件(Standard Cell)的常見問題

標準元件的軌數是什麼?
表示元件高度中能放入幾條最細導線層的線的數字。元件高度由金屬間距×軌數決定,以9軌、7.5軌、6軌等表示。軌數越少,元件越低越小,同一面積能放入更多電路。
為什麼標準元件的高度一致?
高度一致時,元件橫向排成一列,上下兩端的電源與接地線會自動相連,能像磚塊一樣無縫排列。這是佈局繞線工具有效率地排列大量元件不可或缺的約定。

相關企業

比較文章

所屬主題

資料來源

  1. 東京威力科創 nanotec museum:半導体用語集:スタンダードセル日文(2026年10月19日確認)
  2. imec:Logic technology scaling options for 2nm and beyond(2026年10月19日確認)