本文是《一看就懂的 IC》系列第七集。接續一看就懂的 一看就懂的 IC 產業結構與競爭關係，《一看就懂的IC》系列將持續為大家介紹 IC 與硬體的核心基礎概念。
我們在上一集介紹完邏輯閘與二進位運算後，留下了一個待解答的問題：
電路圖為什麼不是一堆電線，而是一些邏輯符號呢？總不會我打開這顆 IC 的封裝後，真的會看到這些 AND、OR、NOT 三角形橢圓形的邏輯閘吧？
當然不會看到這些符號。邏輯電路圖只是用來描述電路行為的抽象電路圖。
… 什麼是電路行為、抽象？？？
另外，還記得從我們開啟晶圓代工爭霸戰這個系列開始，就一天到晚提到電晶體：「摩爾定律下、晶片上的電晶體數量每兩年就增加一倍，現在的晶片中有數億個電晶體…」
但我們卻從沒提過，這個電晶體到底是做什麼用的呢？(不知道有沒有不清楚的讀者先前就已經好奇過這點了呢XD)
今天就讓我們來為大家釐清，為什麼什麼叫「抽象化」，和電晶體的意義吧！
///
如果你忘記電晶體長什麼樣子的話，請回去重溫小編之前寫過的 晶圓代工爭霸戰-半導體知識 該篇文章吧！
下圖講的電晶體「開」、「關」，其實就是作為數位訊號的 0 與 1 噢！
根據布林邏輯建構出來的電路，就叫邏輯電路、又稱為邏輯閘。像下圖這張德州儀器的 7432 IC 電路圖，就是由許多邏輯閘所構成的。
其實電晶體的功用，就是用來當邏輯閘。
… 但上面的電路圖看起來一點都不像電晶體啊？難道電晶體長的是像橢圓形或三角形？
電晶體的運作原理可是有牽涉到物理和化學原理的，但我們在介紹邏輯電路圖上的邏輯閘時，你有聽到我講任何物理化學反應嗎？其實沒有噢。
回答上篇文章中提到的一個問題——若強制把晶片打開，真的會看到這些 AND、OR、NOT 符號嗎？為什麼電路圖的畫法不是一堆電路線？
事實上這些 AND、OR、NOT 只是抽象的電路符號，由 1960 年代美軍標準規格（Military Standard, MIL-STD）衍生而來。
作為邏輯閘的電晶體，當然不可能會長的像是三角形或橢圓形這樣啦！到這邊為止，請讓我來解釋一下，所謂邏輯電路圖，只是「描述電路行為的抽象設計」。
覺得很難懂？我想想，這邊我得舉個簡單的例子… 啊，來組樂高吧！
如果今天在組裝樂高積木、想要組出一台星際戰艦，我們直接使用一塊塊的樂高積木當作「基本單元」即可，需要管樂高積木是怎麼來的嗎？
樂高積木是用丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物的塑料顆粒製成…. 喂，但這都不關我們的事情，重點是要能想出戰艦的設計圖、再用樂高積木當作基本零件組出戰艦！樂高就直接是一個可以用的黑盒子了，管它是怎麼來的。
另外，這些樂高積木再上一層、是由樂高工廠負責生產。但樂高工廠在生產的時候，需要管丙烯腈等化學物質是怎麼合成的嗎？也是不用嘛，他們也只要拿這些已經被合成好的化學物質，直接當作黑盒子來使用。
而化學實驗室需要負責生產樂高積木嗎？不用。樂高工廠需要負責想出戰艦的設計圖嗎？也不用。他們的職責就是把自己要負責給下一層的東西建好就好。
這種分層合作、下一層只要拿上一層做好的基本單元來建立出想要的東西，而不用管這些基本單元是怎麼被建構出來的，就叫做「抽象化設計」。
如此一來是不是更有效率呢？（難道我們組樂高還要花心思先研究化合物再來組嗎？太浪費時間了吧，我們只是要一艘戰艦！）
同樣的道理，想想看、如果我們要寫一支樂透程式，得先做出電晶體，再拿上千億個電晶體建立出邏輯閘、再建構出一個個的加減乘除的零件；最後把這些零件兜起來，做出整個邏輯電路；設計完電路後…
才開始想我們的樂透程式要怎麼寫嗎？！…這時間要花超級無敵久！而且超沒有意義！
所以 IC 設計公司在設計電路圖時，不是直接下去畫電晶體。而是先拿數位邏輯工具先建構出來的基本零件（加法器、減法器），當作已經被包好的黑盒子，不用管它是怎麼製作、直接拿來用。
所以你會看到，我們在上一篇文章中設計出一個加法電路時，就把兩個半加法器（AND+EXOR） 直接包起來，直接叫 FULL Adder 了。
哦，所以 IC 設計工程師就是利用這些符號，把一個邏輯電路圖用手畫出來嗎？
事實上，早期（1960 年代左右）設計晶片時得用徒手畫電路圖沒錯（幫當年的工程師QQ）。但現在幾乎已經沒人這麼做了。
現在的 IC Design 工程師建立電路時，IC Designer 是拿 EDA Tool 這樣的數位邏輯工具先建構出來的基本零件（加法器、減法器）等當作已經被包好的黑盒子，不用管它是怎麼製作、直接拿來用── IC 工程師會使用硬體描述語言(Hardware Description Language)如 Verilog 、 VHDL 內建的工具，用程式描述抽象化的邏輯電路行為。
那這些基本零件又是誰要負責做出來？做出 EDA Tool 的數位邏輯工程師會拿已經做好的邏輯閘，來建構出加法器等零件。
但是邏輯閘是怎麼來的？EDA Tool 廠商也不用管，總之也是把邏輯閘當作已經包好了黑盒子直接拿來用，用電晶體做出邏輯閘是電子電路工程師要負責的事情。
設計處理器的每一層，都是拿上一層已經建好的基本零件當作黑盒子。你就拿人家做好的基本單元直接使用，如果做不好是上一層的事、不需要自己花心思處理，如此從上而下、分層合作來提升效率。
所謂的抽象化設計，就是將底層的細節部分暫時隱藏，以簡化設計複雜程度的過程。
雖然每個邏輯閘都只能做非常單純的事情，但集結數千萬個邏輯閘 (電晶體) 塞在面積只有 5mm 的半導體晶片上時，數位電路就能獲得壓倒性的效能。
講白點就是靠人多力量大來取勝；隨著摩爾定律的發展，能塞的邏輯閘越多、晶片的效能就越強悍。
最後再留個伏筆：或許會有讀者好奇：第六集和第七集只介紹了 AND、OR、NOT 等邏輯閘，和要怎麼用邏輯閘建立出邏輯電路來實現運算；卻還沒介紹「邏輯閘是怎麼建構出來的」和「電晶體的功用是什麼」這兩個重要的問題。
就讓我們在下一篇文來瞭解一下，如何利用電晶體來建立出邏輯閘吧！
