塑造現代晶片的先驅，終於歸鄉
半導體時代先驅薩支唐的骨灰，已從美國運回中國東南部的福建安葬。薩支唐的科學成就遍及幾乎所有搭載晶片的裝置，從口袋裡的手機，到引導航機的電腦，以及訓練人工智慧的加速器。1963年，薩支唐與同事法蘭克・萬拉斯在仙童半導體公司共同提出互補式金屬氧化物半導體邏輯，簡稱CMOS。這個概念簡單，影響卻深遠，為實用的低功耗積體電路以及今日規模驚人的晶片產業開啟了道路。根據多倫多大學薩林・沃伊尼傑斯庫所著的《高頻積體電路》，截至2011年，約99%的半導體積體電路採用CMOS技術製造。
目錄
薩支唐出生於北京，於7月5日逝世，享壽92歲。他曾任廈門大學榮譽教授，校方也悼念他的逝世，並回顧他與學術界的長久淵源。他的骨灰回到祖籍所在省份，讓人有機會回望默默支撐日常生活與全球經濟的科學，以及一段橫跨實驗室、講堂與現代資訊時代核心的職涯。
薩支唐是誰
薩支唐是奠定資訊時代基礎的那一代人之一。他1932年出生於中國，成長於聲望卓著的福州薩氏家族，後赴美攻讀工程。他在伊利諾大學取得兩個學士學位，接著於史丹佛大學完成碩士與博士學位。這段訓練讓他置身固態研究的前沿，當時矽元件正從物理學論文走向工廠生產。
教育與早期職涯
1956年，薩支唐進入固態電子產業，隨後加入仙童半導體公司；1963年，他與法蘭克・萬拉斯共同提出CMOS概念。這種設計結合兩類電晶體，一種在輸入為高電位時導通，另一種則在輸入為低電位時導通，形成待機時耗電極低、晶片日益複雜時也能有效擴充的邏輯電路。薩支唐後來在伊利諾大學任教，從1962年至1988年服務於該校，之後則在佛羅里達大學繼續研究。他在學術生涯中發表約280篇期刊論文、指導博士生，並推進奠定CMOS設計與製造基礎的元件物理研究。他在產業界與學術界都獲得肯定，因為他的貢獻連結了理論、元件與系統。
伊利諾大學霍洛尼亞克微奈米技術實驗室，將薩支唐與其他塑造校園半導體研究傳統的巨擘並列。實驗室的歷史介紹了從電晶體時代到現代積體電路的發展脈絡，薩支唐正是這段歷程的一環。實驗室的歷史回顧可見霍洛尼亞克微奈米技術實驗室網站。
實驗室研究人員承襲了悠久的半導體傳統，這段歷史始於工程界巨擘約翰・巴丁、尼克・霍洛尼亞克二世和薩支唐；他們的開創性工作協助啟動並推進了今日的資訊科技革命。
CMOS如何改變一切
CMOS是互補式金屬氧化物半導體的簡稱，也是大多數晶片的主力技術。它的核心是互補式金屬氧化物半導體場效電晶體，簡稱MOSFET。p型電晶體在輸入為低電位時較容易導通；另一種稱為n型的電晶體，則在輸入為高電位時較容易導通。工程師將這兩種電晶體搭配，用於每個邏輯閘，打造出靜態功耗極低、抗電氣雜訊能力強的電路。只有在電路切換時才會有顯著電流流動，因此裝置待機時發熱較少，也更節能。
CMOS為何耗電較少
以最簡單的邏輯元件反相器為例。在CMOS反相器中，輸入為低電位時，p型電晶體導通，n型電晶體關閉；輸入為高電位時，則是n型電晶體導通，p型電晶體關閉。在任何有效的邏輯電位下，都會有一個元件關閉，限制穩態電流流動。耗電主要發生在切換時，為微小電容充電和放電。這項特性直接帶來可攜式裝置的長效電池續航力、晶片上的高密度整合，也讓設計者得以持續提升複雜度，而不必讓耗電量同步大幅增加。
CMOS於1963年在仙童半導體公司問世，到了1960年代末期，RCA製造出第一批CMOS積體電路，這項技術也開始在商業上迅速發展。到了1980年代，CMOS已超越其他邏輯電路技術。如今，微處理器、微控制器、靜態隨機存取記憶體、影像感測器，以及無數系統的控制邏輯都採用CMOS。即使電晶體的物理結構不斷演變，由FinFET與環繞閘極結構取代早期的平面設計，邏輯形式仍是CMOS。許多現代晶片也採用三維堆疊元件與先進封裝技術，但仍仰賴薩支唐與萬拉斯倡議的同一套互補式切換原理。
從仙童半導體到教室
仙童半導體公司在矽谷的發展中扮演了舉足輕重的角色。公司集結了開發製程與元件的科學家和工程師，為積體電路早期的發展注入動能。在這樣的環境中，薩支唐穿梭於深奧的元件理論，以及製造與設計的實務需求之間，之後也將這些經驗帶進教室。
教學與指導
在伊利諾大學任教期間，薩支唐協助學生深入理解矽元件及其特性，培育出一批批後來投入設計與製造新世代晶片的學生。霍洛尼亞克微奈米技術實驗室的根源可追溯至約翰・巴丁和尼克・霍洛尼亞克二世等人物；實驗室如今仍是基礎研究與當前創新之間的活躍連結。實驗室在hmntl.illinois.edu介紹這段發展脈絡。學術研究與產業合作加速了CMOS的發展，使它從一項構想成為近乎普及的平台。《材料》期刊近期的一篇觀點文章指出，CMOS仍是數位系統的主流基礎；與此同時，研究人員也在探索新材料與新型元件，用於類比、記憶體及類神經運算，前提是這些技術能適用於CMOS相容的製程。這種觀點反映了薩支唐協助開創的平台，已臻成熟且歷久彌新。
從手機、飛機到AI加速器，都看得見他的影響
薩支唐的影響，就在每個人口袋裡、每張桌面上。執行軟體指令的數位邏輯、儲存資料的記憶體陣列、擷取影像的感測器，以及連結裝置的無線電，都仰賴CMOS技術。從飛機上的飛行電腦，到汽車與太空船的控制系統，設計者選用CMOS，正是看重它的能源效率、可靠性與可擴充性。
以CMOS打造的日常科技
為雲端服務與人工智慧提供運算能力的晶片，也採用CMOS技術。輝達H200加速器是這類產品中最受矚目者之一，採用先進CMOS製程技術製造。這類高效能晶片的出口管制，已成為美中緊張關係的一個焦點。地緣政治局勢複雜，背後的科學原理卻很簡單：能降低功耗並實現高密度整合的互補式切換，也就是CMOS的核心原理，串起了這些技術突破。
今日中國為何重視這場歸鄉
薩支唐的骨灰回到福建，兼具文化與科學象徵意義。他曾任廈門大學榮譽教授，從北京出發、走進全球研究實驗室與教室的人生歷程，也映照出過去一個世紀中國科學家旅居海外的群體經驗。中國正大舉投資半導體教育、研究與製造。薩支唐推進的基礎概念，例如互補式邏輯及對元件物理特性的精確掌握，正是這些發展目標的核心。
出口管制、供應鏈變動，以及競相製造更小、更快、更節能晶片的行動，使半導體成為各國策略的核心。不過，CMOS是工程師共通的語言。無論在北京、台北、新竹、首爾、奧斯汀或德勒斯登，支撐電晶體運作的原理與模型，教學和應用方式都大同小異。這套共通基礎是薩支唐留下的遺產之一，也將持續引領工程師追求更高效能與更低功耗。
淺談背後的科學
MOSFET是CMOS中的基本元件，可用電場控制電流，就像一個微小開關。想像半導體中有一條通道，兩端分別是源極與汲極。薄薄的絕緣氧化層將通道與閘極電極隔開。對閘極施加電壓，就能吸引或排斥通道中的電荷載子。電壓高於臨界值時，通道形成導電路徑，電流便會流動；低於臨界值時，路徑關閉，電流停止流動，但仍會有極微小的漏電。
MOSFET的作用
在CMOS邏輯中，輸入為高電位時，n型MOSFET會將輸出拉向接地端；輸入為低電位時，p型MOSFET則會將輸出拉向電源端。兩者彼此對應，因此在穩定的邏輯狀態下，只有一個會導通。如此一來，邏輯閘的靜態功耗幾乎為零，這正是CMOS成為數位電路首選技術的關鍵原因。
功耗與微縮
CMOS的功耗主要來自兩個部分。動態功耗來自切換時為電容充電和放電；漏電功耗則來自電晶體關閉時仍流動的微小電流，且元件越小，漏電問題越明顯。工程師透過時脈閘控、動態電壓調整與精細佈局等電路設計技術，以及採用改良的元件結構來降低功耗。FinFET與環繞閘極電晶體能更有效控制通道、減少漏電，並支援進一步微縮。可靠性同樣重要。設計者會加入防護結構，以避免靜電放電造成損害，也會考量可能導致金屬導線隨時間劣化的應力。除了數位邏輯，CMOS也支援精密類比功能、影像感測，以及5G無線電路和6G相關研究，讓薩支唐的影響延伸至幾乎所有電子領域。
最後的致意與安葬安排
薩支唐的骨灰運回福建，讓他的人生故事回到起點。他是一位影響遍及全球的科學家，研究生涯始於中國，在美國臻於成熟，之後透過學生、論文與產品傳播至世界各地。他安葬於祖籍所在省份，既是對個人根源的追認，也是眾人致謝的方式。曾聘任他為榮譽教授的廈門大學，也在緬懷他影響力的機構之列。
從仙童半導體的工作台，到世界各地的講堂與無塵室，CMOS的發展歷程展現了薩支唐理念的深遠影響。每當裝置迅速啟動、耗電量又低時，都能看見他的洞見留下的痕跡。這份遺產將如他所塑造的矽晶片一般長存。
重點整理
- 薩支唐的骨灰已從美國運回福建安葬
- 1963年，薩支唐與法蘭克・萬拉斯在仙童半導體公司共同提出CMOS概念，為現代晶片奠定基礎
- 根據薩林・沃伊尼傑斯庫所著教科書，截至2011年，約99%的積體電路採用CMOS技術
- 薩支唐曾在伊利諾大學與佛羅里達大學任教，發表約280篇論文並指導博士生
- CMOS打造出節能邏輯電路，應用於手機、電腦、航太系統，以及輝達H200等AI加速器
- 他的骨灰歸鄉之際，中國正積極發展晶片產業，先進處理器出口管制也持續延燒
- 薩支唐曾任廈門大學榮譽教授，學術界與產業界都緬懷他的貢獻
- FinFET與環繞閘極等技術進展，讓CMOS原理持續成為新世代晶片的核心
