圖解》半導體是什麼？跟晶片有何不同？從百億個微小開關看懂半導體 | 一圖看懂半導體

蘋果iPhone 13公布搭載的A15晶片含有近150億個電晶體。在數位電路中，電晶體就像用電控制的微小開關。控制一盞電燈，一個開關就夠；手機拍照、玩遊戲，則需要大量開關組成的電路共同工作。

打開手機，電路板上可以看到多顆封裝好的晶片，分別負責運算、儲存資料、通訊與電力管理。晶片內部有大量電晶體，以及把它們連起來的線路。

以矽邏輯晶片為例，電晶體形成在矽的表面附近，上方疊著多層金屬連接線。橫向線路與垂直接點，把不同位置的元件接起來，傳送訊號與電力。線路之間還有絕緣材料，避免不該相接的地方導通。

矽是一種半導體，導電特性可以透過加工與外加條件調整。工程師利用這種特性製作電晶體，再把大量電晶體與連接線整合成電路，做成晶片。

半導體是一類材料，電晶體是一種元件，晶片則是整合許多元件與電路的產品。三個名稱說的是不同的東西。

電燈開關需要人用手按，電晶體則由電訊號控制。以常見的電晶體為例，控制端的電壓達到導通條件，內部便形成讓電流通過的通道；改變電壓，就能關閉通道。前一段電路送來的訊號，因此可以直接控制下一段電路。

數位電路通常用較低與較高的電壓範圍表示0與1。照片、文字、數字經過編碼，都能轉成一串0與1。多顆電晶體一起控制訊號，讓電路儲存或處理這些資料。

想像把兩個開關串在同一條電路上，再接上電池與燈泡。只有兩個開關都接通，燈泡才會亮；只要其中一個斷開，燈就不亮。這個接法示範了「而且」的規則：條件A成立，而且條件B也成立，結果才成立。

晶片利用電晶體組成執行基本判斷的電路，稱為「邏輯閘」。除了「而且」，還有「或者」、把結果反過來等規則。將這些電路組合起來，就能做加法、比較大小，進一步完成更複雜的運算。

人臉辨識需要處理影像、計算特徵，再進行比對。軟體把工作拆成大量基本運算，交給晶片內的電路完成。手機看似一瞬間認出你的臉，背後有許多電路共同參與。 （相關報導： 圖解》AI吃電，連送電方式都要改！瑞薩800伏直降6伏，搶攻電源商機｜一圖看懂半導體 ｜ 更多文章 ）

更多電晶體，能讓設計者安排更多運算與儲存功能，但手機有多快，還取決於電路設計、資料傳送速度與軟體。從矽製成電晶體，再把電晶體連成電路、整合成晶片，這些微小元件才有辦法一起算出答案。