邏輯晶片，即可程式邏輯器件（PLD），是一類用於實現數字電路邏輯功能的電子晶片，完全屬於數字電路範疇。其底層由與門、或門、非門等基本邏輯門電路組合而成，可分為組合邏輯晶片和時序邏輯晶片。主要類型包括通用處理器（如CPU、GPU）、存儲器、專用積體電路（ASIC）和現場可程式門陣列（FPGA）等。其發展可追溯至20世紀60年代，FPGA則於1985年由Xilinx發明。
邏輯IC是半導體行業第一大品類，約占總市場規模的39.0%，2025年銷售額達3019億美元。該晶片廣泛套用於計算機、通信、工業控制及消費電子等領域。全球邏輯晶片產能分布呈現地域和技術分層特點，先進邏輯晶片產能中國台灣地區處於領先地位，而中國大陸則在成熟邏輯晶片產能方面位居全球首位。
基本概念與原理,主要分類,設計與製造,技術參數與接口,邏輯電平,扇出,漏極開路輸出,工作電壓範圍,傳輸延遲時間,驅動能力,套用領域,市場與產業概況,
基本概念與原理
邏輯晶片（亦稱可程式邏輯器件，PLD）是半導體領域的核心積體電路，其功能基於二進制原理，用於實現數字離散信號的傳遞、邏輯運算和操作。它完全屬於數字電路範疇，與處理連續模擬信號的模擬晶片或混合信號晶片有本質區別。
當前主流的CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術由互補的P溝道和N溝道MOSFET組合而成，其基本工作單元為反相器。當MOSFET的柵極-源極電壓超過閾值電壓（Vth）時，MOSFET導通。CMOS在輸入穩定時靜態功耗極低，但需注意輸入變化過慢可能導致直通電流。
主要分類
按功能與可程式性，邏輯晶片主要分為四大基礎類型：通用處理器晶片、存儲器晶片、專用積體電路（ASIC）和現場可程式邏輯陣列（FPGA）。通用處理器晶片構成數字系統的運算核心，包括中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）和數位訊號處理器（DSP）。存儲器晶片用於數據存儲與調用。專用積體電路（ASIC）針對特定套用場景定製開發。現場可程式邏輯陣列（FPGA）具備硬體級可程式特性，支持動態重構邏輯功能。
從數字電路理論角度，邏輯晶片可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路的輸出僅取決於當前輸入，代表元器件包括多路復用器、解碼器、比較器、加法器等。時序邏輯電路的輸出取決於當前輸入和內部狀態（歷史狀態），包含觸發器、計數器、移位暫存器等。
設計與製造
設計流程始於邏輯設計，其輸入是邏輯電路的功能要求，輸出是邏輯電路的邏輯圖和邏輯方程式。隨後進入物理設計階段，輸入是邏輯圖和邏輯方程式，輸出是物理晶片的版圖和掩模。物理電路圖最終被製作成光掩模用於後續製造。
邏輯晶片的製程工藝與其套用領域存在緊密的技術適配關係。7nm及以下先進制程主要套用於中高端智慧型手機、AI伺服器、5G核心網設備、高性能GPU以及前沿科學計算領域。7-20nm製程區間適用於移動設備套用處理器、蜂窩通信基帶晶片、高端網路交換機晶片以及汽車電子中的智慧型駕駛控制單元等場景。20-28nm製程範圍在桌面級CPU/GPU、千兆網路晶片、智慧型手機AP、智慧型家居主控晶片以及車載信息娛樂系統中發揮關鍵作用。28-45nm製程工藝廣泛套用於遊戲機晶片、FPGA開發板、智慧型電視主控晶片、物聯網網關設備以及可穿戴設備的核心處理器。55-90nm成熟製程主要服務於中低端移動設備、傳統PC外設晶片、汽車電子中的車身控制模組以及基礎物聯網感測器節點。90nm以上製程多用於光電感測器接口晶片、消費電子中的簡單控制晶片、汽車電子中的非安全關鍵部件以及基礎型可穿戴設備。
高數值孔徑極紫外光刻技術展現出在尺寸微縮、工藝簡化和設計靈活性方面的潛力。對於A14和A10邏輯節點，其關鍵金屬層使用該技術可實現單次圖案化，而傳統技術需要多次曝光。該技術使1.5D和2D曼哈頓式設計得以重新套用，甚至能夠引入曲線幾何形狀，為設計人員提供更大靈活性。imec利用0.55NA EUV光刻掃瞄器實現了16nm間距線/空的單次列印圖像。高數值孔徑極紫外光刻技術將成為未來先進人工智慧晶片、高性能計算和下一代存儲器等先進技術的關鍵推動因素。
未來邏輯晶片的發展方向包括電晶體結構、溝道材料以及系統集成方式的創新。三星在2023年投入生產水平納米片電晶體。2D材料可能成為2030年中後期的技術，其溝道厚度可小於1納米。互補場效應電晶體預計將在2029年左右推出以提高邏輯密度。Chiplet小晶片設計可以實現更便宜、更最佳化的工藝來製造SRAM和I/O。
技術參數與接口
邏輯電平
在TTL IC中，輸入信號時2.0V以上為“高”，0.8V以下為“低”；輸出信號時0.4V以下為“低”，2.4V以上為“高”。CMOS IC擁有許多系列，各個系列的邏輯電平各不相同，例如74HC系列支持2V~6V電壓範圍，而LVC系列可在1.65V至5.5V的電壓區間穩定運行。
扇出
在連線標準邏輯IC時，需要考慮一個輸出最大可連線的IC數量，在TTL IC中可連線IC的數量受到輸出電流的限制，允許連線的IC上限個數稱為扇出。TTL IC的扇出可以通過輸出電流除以輸入電流來求出。由於CMOS IC的輸入引腳中幾乎沒有電流，因此無法根據電流計算它的扇出數，需要根據負載容量計算。
漏極開路輸出
漏極開路是指不能輸出高電平的FET，在漏極開路的電路中不存在通常CMOS IC輸出段中和VCC相連的MOSFET，所以無法輸出高電平，只能輸出低電平或高阻抗。由於上拉電阻連線的電壓不需要與電源電壓相同，因此可以連線邏輯電平不同的IC。
工作電壓範圍
不同系列的邏輯晶片工作電壓範圍不同，例如74HC系列支持2V~6V電壓範圍，4000系列電源電壓範圍為3V至18V，而LVC系列可在1.65V至5.5V的電壓區間穩定運行。
傳輸延遲時間
傳輸延遲時間是衡量邏輯門速度的指標，74HC系列信號延遲通常在10 ns以內，4000系列如CD4013BE的傳播延遲時間為45ns，而LVC系列如AWS74LVC1G14的傳輸延時為3.3ns @ VCC=3.3V。
驅動能力
驅動能力通常指輸出端可提供的電流大小，例如74HC系列輸出電流約4-7mA，而LVC系列驅動能力可達±24mA @ VCC=3V。
在選用邏輯晶片時，74HCT是74HC的TTL兼容版，其輸入電平適配TTL標準。
套用領域
邏輯晶片是實現各類計算任務的核心基礎，已廣泛套用於現代科技的各個領域。在計算機領域，邏輯晶片被用於實現處理器、存儲器、匯流排控制器、輸入輸出接口等關鍵部件。在通信領域，邏輯晶片被用於實現數據機、信號處理器、光纖通信等關鍵部件，並套用於5G核心網設備、高端網路交換機晶片等場景。
在工業控制領域，邏輯晶片被用於實現機器人控制、自動化控制、感測器接口等關鍵部件。在消費電子領域，邏輯晶片被用於實現智慧型手機、數位電視、遊戲機等關鍵部件，並套用於智慧型家居主控晶片、可穿戴設備的核心處理器等。邏輯晶片也廣泛套用於汽車電子領域，如智慧型駕駛控制單元和車載信息娛樂系統。在人工智慧與數據中心領域，AI模型訓練與推理、高性能計算等場景對邏輯晶片（尤其是GPU、ASIC、FPGA）需求旺盛，從AI大模型訓練到數據中心的高效運算等套用場景皆不可或缺。
邏輯晶片的製程工藝與其套用領域存在緊密的技術適配關係。例如，7nm及以下先進制程主要套用於AI伺服器、5G核心網設備、高性能GPU等對算力密度和功耗控制要求高的領域；而55-90nm成熟製程則主要服務於汽車電子中的車身控制模組等場景。從下游套用來看，2020年邏輯晶片市場規模在通信、汽車、工業、消費領域的占比分別為25.4%、20.1%、29.1%、15.4%。
市場與產業概況
邏輯晶片是半導體行業的第一大品類。在全球晶片市場規模中，邏輯晶片約占總規模的39.0%。2025年邏輯晶片銷售額達3019億美元，同比增長39.9%，是半導體行業中銷售額最高的產品品類。2025年全球半導體銷售額達到7917億美元，較2024年增長25.6%，並預計在2026年將首次突破1萬億美元大關。邏輯晶片是實現各類計算任務的核心基礎。
