一位塑造现代芯片的科学家最终归乡
现代半导体时代的先驱萨支唐的骨灰已从美国运回中国东南部的福建安葬。萨支唐的科学遗产几乎触及每一台搭载芯片的设备，从口袋里的手机，到引导航空器的计算机，再到训练人工智能的加速器。1963年，他在仙童半导体公司与同事弗兰克·万拉斯共同提出互补金属氧化物半导体逻辑，即广为人知的CMOS。这一概念看似简单，影响却十分深远，为实用的低功耗集成电路铺平了道路，也推动了如今规模惊人的芯片产业发展。根据多伦多大学索林·沃伊涅盖斯库所著《高频集成电路》，到2011年，约99%的半导体集成电路采用CMOS技术制造。
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萨支唐出生于北京，于7月5日逝世，享年92岁。他曾担任厦门大学名誉教授，该校对他的逝世以及他与学术界的长期联系表示纪念。他的骨灰回到祖籍福建，让人们得以回顾那些默默支撑日常生活和全球经济的科学成果，也回望一段跨越实验室、讲堂和现代信息时代核心领域的职业生涯。
萨支唐是谁
萨支唐是奠定信息时代基础的一代科学家之一。他1932年出生于中国，成长于福州名门萨氏家族，后赴美国攻读工程学。他在伊利诺伊大学获得两个学士学位，随后在斯坦福大学取得硕士和博士学位。正值硅器件从物理学论文走向工厂之际，这段求学经历使他置身于早期固态研究的核心。
教育经历与早期职业生涯
1956年，萨支唐进入固态电子行业，随后加入仙童半导体公司，并于1963年与弗兰克·万拉斯共同提出CMOS概念。两种晶体管相互配合，一种在输入为高电平时导通，另一种在输入为低电平时导通，由此构成的逻辑电路静态功耗极低，并能随着芯片复杂度提高而有效扩展。萨支唐后来在伊利诺伊大学任教，任职时间为1962年至1988年，之后继续在佛罗里达大学开展工作。在其学术生涯中，他发表了约280篇期刊论文，指导博士生，并推动了CMOS设计与制造所依据的器件物理学发展。他因在理论、器件和系统方面融会贯通的贡献，受到业界和学术界广泛认可。
伊利诺伊大学霍洛尼亚克微纳米技术实验室将萨支唐与其他塑造该校半导体研究传统的杰出人物并列。实验室的历史介绍呈现了从晶体管时代到现代集成电路的发展脉络，萨支唐也是其中的重要一环。实验室的历史概述见霍洛尼亚克微纳米技术实验室网站。
实验室研究人员承继着一段悠久的半导体传统。这段传统始于工程巨匠约翰·巴丁、尼克·霍洛尼亚克二世和萨支唐，他们的开创性工作助力开启并推动了当今的信息技术革命。
CMOS如何改变一切
CMOS是互补金属氧化物半导体的简称，也是大多数芯片的主力技术。其核心是互补配对的金属氧化物半导体场效应晶体管，即MOSFET。一种称为p型的晶体管，在输入为低电平时更容易导通；另一种称为n型的晶体管，则在输入为高电平时更容易导通。工程师将这两种晶体管配合起来构成每个逻辑门，由此制造出静态功耗极低、抗电噪声能力强的电路。只有在电路切换状态时，才会有显著电流流动，因此静止状态下发热更少，能效也更高。
CMOS为何功耗更低
以最简单的逻辑元件——反相器为例。在CMOS反相器中，输入为低电平时，p型晶体管导通，n型晶体管关闭；输入为高电平时，n型晶体管导通，p型晶体管关闭。对于任何有效逻辑电平，总有一个器件处于关闭状态，因此稳定电流受到限制。功耗主要来自切换时为微小电容充电和放电。这一特性让便携设备拥有更长的电池续航，让芯片能够实现更高集成度，也使设计人员得以持续提升复杂度，而无需让功耗同比例增加。
CMOS于1963年在仙童半导体公司推出，20世纪60年代末，RCA制造出首批CMOS集成电路，推动了其商业化发展。到20世纪80年代，CMOS已超过其他逻辑系列。如今，CMOS广泛应用于微处理器、微控制器、静态随机存取存储器、图像传感器以及无数系统的控制逻辑中。即使晶体管的物理结构不断演变，鳍式场效应晶体管和环绕栅极结构逐渐取代早期的平面设计，逻辑风格仍然是CMOS。许多现代芯片还采用三维堆叠和先进封装，但仍依赖萨支唐与万拉斯倡导的互补开关原理。
从仙童半导体公司到课堂
仙童半导体公司在硅谷的发展中发挥了举足轻重的作用。公司汇聚了众多科学家和工程师，他们开发的工艺和器件推动集成电路早期发展。在这样的环境中，萨支唐在深入的器件理论与制造、设计中的实际问题之间往来，并将这些经验带进课堂。
教学与指导
在伊利诺伊大学，萨支唐帮助学生深入理解硅器件及其特性，壮大了人才队伍，其中许多人后来投身于新一代芯片的设计和制造。霍洛尼亚克微纳米技术实验室的历史可追溯至约翰·巴丁和尼克·霍洛尼亚克二世等人物，至今仍是半导体基础研究与当代进展之间的纽带。实验室在其历史介绍中记录了这一传承，详见hmntl.illinois.edu。学术研究与产业合作加速了CMOS从一个概念发展为近乎普适的平台。期刊《材料》近期一篇综述指出，CMOS仍是数字系统的主流基础，而新材料和新型器件正被用于探索模拟、存储和神经形态计算，前提是它们能够适配CMOS兼容制造工艺。这一观点体现了萨支唐助力推动的平台的成熟度与韧性。
遍布手机、飞机和人工智能加速器的遗产
萨支唐的影响就在每个人的口袋和桌面上。执行软件指令的数字逻辑、存储数据的存储阵列、采集图像的传感器，以及连接设备的无线电，都依赖CMOS技术。从飞机上的飞行计算机，到汽车和航天器中的控制系统，设计人员选择CMOS，看重的是它的能效、可靠性和可扩展性。
建立在CMOS基础上的日常科技
为云服务和人工智能提供动力的芯片同样源自CMOS。英伟达H200加速器是这一类别中最受关注的产品之一，采用先进的CMOS工艺技术制造。对此类高性能芯片的出口管制，已成为美国与中国之间的紧张议题。地缘政治局势复杂，但其科学基础很简单。降低功耗、实现高密度集成的互补开关原理，也就是CMOS的核心，贯穿这些技术突破。
萨支唐归乡对当下中国的意义
萨支唐骨灰归葬福建，承载着文化与科学层面的象征意义。他曾担任厦门大学名誉教授，从北京到全球研究实验室和课堂的经历，折射出过去一个世纪中国科学家的海外迁徙历程。中国正在大力投资半导体教育、研究和制造。萨支唐推动发展的基础理念，例如互补逻辑和对器件物理特性的精细控制，正是这些发展目标的核心。
出口管制、供应链调整，以及制造更小、更快、更节能芯片的竞赛，让半导体成为国家战略的核心议题。然而，CMOS是工程师共同的语言。无论是在北京、台北、新竹、首尔、奥斯汀还是德累斯顿，支撑晶体管工作原理的方法和模型都以相近的方式传授和应用。这一共同基础是萨支唐遗产的一部分，今后也将继续指引工程师追求更高性能和更低功耗。
浅显易懂的科学原理
MOSFET是CMOS中的基本器件，它是一种利用电场控制电流的微型开关。可以想象半导体中有一条通道，两端分别是源极和漏极。薄薄的绝缘氧化层将通道与栅极隔开。通过向栅极施加电压，器件可以吸引或排斥通道中的电荷载流子。电压超过阈值时，导电通路形成，电流随之流动；低于阈值时，通路关闭，电流停止流动，但仍会有极微弱的漏电。
MOSFET的作用
在CMOS逻辑中，输入为高电平时，n型MOSFET会将输出拉向地；输入为低电平时，p型MOSFET会将输出拉向电源电压。二者反向配合，因此在稳定的逻辑状态下只有一个晶体管导通。这使逻辑门的静态功耗接近于零，也是CMOS成为数字电路首选技术的核心原因之一。
功耗与微缩
CMOS功耗主要来自两个方面。动态功耗来自切换时对电容充电和放电；漏电功耗则来自晶体管关闭时仍流动的微小电流，随着器件微缩，这一问题会愈发突出。工程师通过时钟门控、动态电压调节和精细布局等电路技术，以及采用改进的器件结构来降低功耗。鳍式场效应晶体管和环绕栅极晶体管能更好地控制通道、减少漏电，并支持进一步微缩。可靠性也很重要。设计人员会加入保护结构，以防静电放电，并考虑可能导致金属线随时间退化的应力。除数字逻辑外，CMOS还支持精密模拟功能、图像传感和5G无线电路，以及面向6G的研究，使萨支唐的影响延伸至几乎所有电子领域。
最后的致敬与安葬安排
萨支唐的骨灰运回福建，让他的人生故事兜回原点。他是一位影响遍及全球的科学家，事业起步于中国，在美国发展成熟，随后通过学生、论文和产品传播至各大洲。在祖籍省份安葬，既是对个人根脉的承认，也是对其贡献的集体致谢。厦门大学是他曾担任名誉职务的机构之一，也将铭记他的影响。
从仙童半导体公司的工作台，到世界各地的讲堂和洁净室，CMOS的发展轨迹彰显了萨支唐思想的影响力。每当设备迅速启动、耗电甚少，都能看到他的洞见留下的印记。这份遗产将如他所塑造的硅一样长久。
要点
- 萨支唐的骨灰已从美国运回福建安葬
- 1963年在仙童半导体公司，萨支唐与弗兰克·万拉斯共同提出了现代芯片赖以发展的CMOS概念
- 据索林·沃伊涅盖斯库编写的教材，2011年约99%的集成电路采用CMOS
- 萨支唐曾在伊利诺伊大学和佛罗里达大学任教，发表约280篇论文并指导博士生
- CMOS实现了节能逻辑，应用于手机、计算机、航空航天系统以及英伟达H200等人工智能加速器
- 萨支唐归乡之际，中国正致力于发展芯片产业，先进处理器出口管制也仍在持续
- 萨支唐曾任厦门大学名誉教授，受到学术界和业界纪念
- 鳍式场效应晶体管和环绕栅极等技术进步，仍以CMOS原理为新一代芯片的核心
