Abu Chih-Tang Sah, Pelopor Semikonduktor, Dipulangkan ke China

Pulang kampung terakhir bagi sosok yang membentuk chip modern

Abu Chih-Tang Sah, pelopor era semikonduktor modern, dibawa dari Amerika Serikat ke Fujian, China tenggara, untuk dimakamkan. Warisan ilmiah Sah menjangkau hampir setiap perangkat berchip, mulai dari ponsel di saku hingga komputer yang memandu pesawat dan akselerator yang melatih kecerdasan buatan. Saat bekerja di Fairchild Semiconductor bersama rekannya Frank Wanlass pada 1963, Sah turut mengusulkan logika complementary metal oxide semiconductor, yang lebih dikenal sebagai CMOS. Gagasan yang sederhana secara konsep tetapi besar dampaknya itu membuka jalan bagi sirkuit terpadu berdaya rendah yang praktis dan skala industri chip saat ini yang luar biasa besar. Menurut buku High-Frequency Integrated Circuits karya Sorin Voinigescu dari University of Toronto, pada 2011 sekitar 99 persen sirkuit terpadu semikonduktor diproduksi dengan teknologi CMOS.

Sah lahir di Beijing dan meninggal pada 5 Juli dalam usia 92 tahun. Ia menjabat sebagai profesor kehormatan di Xiamen University, yang mengenang kepergiannya dan hubungan panjangnya dengan komunitas akademik. Pemulangan abunya ke provinsi asal leluhurnya menjadi momen untuk merenungkan sains yang diam-diam menggerakkan kehidupan sehari-hari dan perekonomian global, serta perjalanan karier yang menjembatani laboratorium, ruang kuliah, dan jantung era informasi modern.

Siapa Chih Tang Sah

Chih-Tang Sah merupakan bagian dari generasi yang membangun fondasi era informasi. Lahir di China pada 1932 dan dibesarkan dalam keluarga Sah yang terpandang di Fuzhou, ia menempuh pendidikan teknik di Amerika Serikat. Ia meraih dua gelar sarjana di University of Illinois, lalu menyelesaikan gelar master dan doktor di Stanford University. Pendidikan tersebut menempatkannya di pusat penelitian awal benda padat, tepat ketika perangkat silikon beralih dari makalah fisika ke pabrik.

Pendidikan dan awal karier

Pada 1956, Sah mulai bekerja di industri elektronika benda padat dan tak lama kemudian bergabung dengan Fairchild Semiconductor. Di sana, ia dan Frank Wanlass memaparkan konsep CMOS pada 1963. Penggabungan dua jenis transistor, satu yang menghantarkan arus saat input tinggi dan satu lagi saat input rendah, menghasilkan logika yang hanya menggunakan sedikit daya saat diam dan dapat diskalakan secara efektif seiring meningkatnya kompleksitas chip. Sah kemudian menjadi profesor di University of Illinois dari 1962 hingga 1988, lalu melanjutkan kiprahnya di University of Florida. Sepanjang karier akademiknya, ia menerbitkan sekitar 280 artikel jurnal, membimbing mahasiswa doktoral, dan memajukan fisika perangkat yang menjadi dasar perancangan dan fabrikasi CMOS. Ia mendapat pengakuan di industri dan akademia atas kontribusinya yang menghubungkan teori, perangkat, dan sistem.

Holonyak Micro and Nanotechnology Lab di University of Illinois menempatkan Sah sejajar dengan para tokoh besar lain yang membentuk warisan penelitian semikonduktor kampus tersebut. Sejarah laboratorium itu menggambarkan kesinambungan dari era transistor hingga sirkuit terpadu modern, dengan Sah sebagai bagian dari rangkaian tersebut. Ikhtisar sejarah laboratorium dapat dibaca di situs Holonyak Micro and Nanotechnology Lab.

Para peneliti laboratorium ini merupakan bagian dari warisan semikonduktor bersejarah yang berawal dari para tokoh besar bidang teknik John Bardeen, Nick Holonyak Jr., dan Chih-Tang Sah. Karya terobosan mereka membantu memulai dan memajukan revolusi teknologi informasi saat ini.

Bagaimana CMOS mengubah segalanya

CMOS, singkatan dari complementary metal oxide semiconductor, adalah teknologi andalan di balik sebagian besar chip. Intinya adalah pasangan komplementer transistor efek medan semikonduktor oksida logam, atau MOSFET. Salah satu jenis transistor, yang disebut tipe-p, cenderung mengalirkan arus saat input rendah. Jenis lainnya, disebut tipe-n, cenderung mengalirkan arus saat input tinggi. Dengan menyusun keduanya sebagai pasangan untuk setiap gerbang logika, para insinyur menciptakan sirkuit dengan konsumsi daya statis sangat rendah dan ketahanan tinggi terhadap derau listrik. Arus mengalir secara signifikan hanya saat sirkuit beralih, sehingga panas yang dihasilkan saat diam lebih sedikit dan efisiensi energi meningkat.

Mengapa CMOS menggunakan lebih sedikit daya

Perhatikan elemen logika paling sederhana, yakni inverter. Dalam inverter CMOS, saat input rendah, transistor tipe-p menghantarkan arus dan transistor tipe-n mati. Saat input tinggi, transistor tipe-n menghantarkan arus dan transistor tipe-p mati. Pada tingkat logika yang valid, salah satu perangkat selalu mati sehingga membatasi aliran arus tetap. Daya terutama digunakan untuk mengisi dan mengosongkan kapasitansi kecil saat terjadi peralihan. Karakteristik ini memungkinkan daya tahan baterai yang lama pada perangkat portabel, kepadatan tinggi pada chip, dan memberi perancang cara untuk terus meningkatkan kompleksitas tanpa kenaikan konsumsi daya yang sebanding.

CMOS diperkenalkan di Fairchild pada 1963 dan mulai mendapat momentum komersial ketika RCA memproduksi sirkuit terpadu CMOS pertama pada akhir 1960-an. Pada 1980-an, teknologi ini telah mengungguli keluarga logika lainnya. Kini, CMOS terdapat di dalam mikroprosesor, mikrokontroler, RAM statis, sensor gambar, dan logika kendali berbagai sistem. Bentuk fisik transistor terus berkembang, dengan FinFET dan struktur gate-all-around menggantikan desain planar terdahulu, tetapi gaya logikanya tetap CMOS. Banyak chip modern juga menumpuk komponen dalam tiga dimensi dan menggunakan pengemasan canggih, tetapi tetap mengandalkan prinsip peralihan komplementer yang diperjuangkan Sah dan Wanlass.

Dari Fairchild ke ruang kuliah

Fairchild Semiconductor memainkan peran yang sangat besar dalam pertumbuhan Silicon Valley. Perusahaan itu menghimpun para ilmuwan dan insinyur yang mengembangkan proses dan perangkat yang mendorong kemajuan awal sirkuit terpadu. Dalam lingkungan tersebut, Sah mendalami teori perangkat sekaligus menangani persoalan praktis manufaktur dan desain, pengalaman yang kemudian ia bawa ke ruang kuliah.

Mengajar dan membimbing

Di Illinois, Sah membantu menumbuhkan pemahaman mendalam tentang perangkat silikon dan perilakunya, memperkuat jalur pendidikan mahasiswa yang kelak merancang dan membangun generasi chip berikutnya. Holonyak Micro and Nanotechnology Lab, yang menelusuri akarnya hingga tokoh seperti John Bardeen dan Nick Holonyak Jr., menjadi penghubung hidup antara karya dasar tersebut dan kemajuan masa kini. Laboratorium itu mencatat silsilah ini dalam sejarahnya di hmntl.illinois.edu. Penelitian akademik dan kolaborasi industri mempercepat perkembangan CMOS dari sebuah gagasan menjadi platform yang nyaris universal. Sebuah ulasan terbaru di jurnal Materials menyatakan bahwa CMOS tetap menjadi basis dominan bagi sistem digital, sementara material dan jenis perangkat baru tengah dikaji untuk komputasi analog, memori, dan neuromorfik, selama semuanya dapat disesuaikan dengan manufaktur yang kompatibel dengan CMOS. Pandangan itu mencerminkan kematangan dan daya tahan platform yang turut dirintis Sah.

Warisan yang tampak pada ponsel, pesawat, dan akselerator AI

Bukti pengaruh Sah ada di setiap saku dan di setiap meja. Logika digital yang menjalankan instruksi perangkat lunak, rangkaian memori yang menyimpan data, sensor yang menangkap gambar, dan radio yang menghubungkan perangkat, semuanya bergantung pada teknik CMOS. Mulai dari komputer penerbangan di pesawat hingga sistem kendali mobil dan wahana antariksa, para perancang memilih CMOS karena efisiensi energi, keandalan, dan skalabilitasnya.

Teknologi sehari-hari yang dibangun dengan CMOS

Chip yang menjalankan layanan cloud dan kecerdasan buatan juga dibuat dengan CMOS. Akselerator H200 Nvidia, salah satu produk paling menonjol dalam kategori ini, dibuat dengan teknologi proses CMOS canggih. Pembatasan ekspor chip berperforma tinggi seperti ini menjadi sumber ketegangan antara Amerika Serikat dan China. Geopolitiknya rumit, tetapi fondasi ilmiahnya sederhana. Peralihan komplementer yang mengurangi daya dan memungkinkan integrasi padat, inti dari CMOS, menjadi benang merah di balik berbagai terobosan ini.

Mengapa pemulangan ini penting bagi China saat ini

Pemulangan abu Sah ke Fujian mengandung makna budaya dan ilmiah. Ia merupakan profesor kehormatan di Xiamen University, dan perjalanan hidupnya dari Beijing ke laboratorium penelitian serta ruang kuliah di berbagai negara mencerminkan diaspora ilmuwan China selama abad terakhir. China berinvestasi besar-besaran dalam pendidikan, penelitian, dan manufaktur semikonduktor. Konsep-konsep dasar yang dikembangkan Sah, seperti logika komplementer dan pengendalian fisika perangkat secara cermat, menjadi bagian penting dari ambisi tersebut.

Kontrol ekspor, pergeseran rantai pasok, serta persaingan memproduksi chip yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih hemat energi telah menempatkan semikonduktor di pusat strategi nasional. Namun, CMOS merupakan bahasa bersama para insinyur. Di Beijing, Taipei, Hsinchu, Seoul, Austin, maupun Dresden, metode dan model yang mendasari perilaku transistor diajarkan dan diterapkan dengan cara serupa. Landasan bersama itu merupakan bagian dari warisan Sah dan akan terus memandu para insinyur dalam mengejar performa lebih tinggi dan konsumsi daya lebih rendah.

Sains dalam istilah sederhana

MOSFET, perangkat dasar di dalam CMOS, adalah sakelar kecil yang mengendalikan arus menggunakan medan listrik. Bayangkan sebuah kanal semikonduktor dengan terminal sumber dan drain di kedua ujungnya. Lapisan oksida tipis yang bersifat isolator memisahkan kanal dari elektroda gerbang. Dengan memberikan tegangan pada gerbang, perangkat menarik atau menolak pembawa muatan di dalam kanal. Di atas tegangan ambang, jalur konduktif terbentuk dan arus mengalir. Di bawahnya, jalur tertutup dan arus berhenti, kecuali sedikit kebocoran.

Fungsi MOSFET

Dalam logika CMOS, MOSFET tipe-n menarik keluaran ke ground saat input tinggi, sedangkan MOSFET tipe-p menarik keluaran ke tegangan suplai saat input rendah. Keduanya bekerja berlawanan, sehingga hanya satu yang menghantarkan arus dalam kondisi logika stabil. Hasilnya adalah konsumsi daya statis yang nyaris nol pada gerbang logika, salah satu alasan utama CMOS menjadi teknologi pilihan untuk sirkuit digital.

Daya dan penskalaan

Daya pada CMOS memiliki dua kontributor utama. Daya dinamis berasal dari pengisian dan pengosongan kapasitansi saat terjadi peralihan. Daya kebocoran berasal dari arus kecil yang tetap mengalir meskipun transistor mati, dan dampaknya semakin besar ketika perangkat diperkecil. Insinyur mengurangi konsumsi daya dengan teknik sirkuit seperti clock gating, penskalaan tegangan dinamis, dan tata letak yang cermat, serta dengan menerapkan struktur perangkat yang lebih baik. Transistor FinFET dan gate-all-around meningkatkan kendali atas kanal, mengurangi kebocoran, dan mendukung penskalaan lebih lanjut. Keandalan juga penting. Perancang menyertakan struktur pelindung untuk mencegah pelepasan muatan elektrostatis dan memperhitungkan tekanan yang dapat menyebabkan jalur logam mengalami degradasi seiring waktu. Di luar logika digital, CMOS mendukung fungsi analog presisi, pengindraan gambar, dan sirkuit radio untuk 5G serta riset menuju 6G, sehingga pengaruh Sah menjangkau hampir setiap ranah elektronik.

Penghormatan terakhir dan rencana pemakaman

Pemindahan abu Sah ke Fujian menggenapkan perjalanan hidupnya. Ia adalah ilmuwan berpengaruh secara global yang karyanya berawal di China, berkembang di Amerika Serikat, lalu menyebar ke berbagai benua melalui mahasiswa, makalah, dan produk. Pemakaman di provinsi asal leluhurnya mengakui akar pribadinya sekaligus menjadi ungkapan rasa terima kasih bersama. Xiamen University, tempat ia memegang jabatan kehormatan, termasuk di antara institusi yang mengenang pengaruhnya.

Dari meja kerja di Fairchild hingga ruang kuliah dan ruang bersih di berbagai penjuru dunia, perjalanan CMOS menggambarkan jangkauan gagasan Sah. Setiap kali sebuah perangkat menyala dengan cepat dan menggunakan sedikit daya, ada jejak pemikirannya di sana. Itulah warisan yang bertahan selama silikon yang dibentuknya.

Poin Utama

• Abu Chih-Tang Sah dibawa dari Amerika Serikat ke Fujian untuk dimakamkan
• Di Fairchild pada 1963, Sah dan Frank Wanlass turut mengusulkan konsep CMOS yang menjadi fondasi chip modern
• Pada 2011, sekitar 99 persen sirkuit terpadu menggunakan CMOS, menurut buku teks karya Sorin Voinigescu
• Sah mengajar di University of Illinois dan University of Florida, menerbitkan sekitar 280 makalah, serta membimbing mahasiswa doktoral
• CMOS memungkinkan logika hemat energi untuk ponsel, komputer, sistem kedirgantaraan, dan akselerator AI seperti H200 Nvidia
• Pemulangannya berlangsung di tengah upaya China mengembangkan sektor chip dan kontrol ekspor prosesor canggih yang masih berlaku
• Sah adalah profesor kehormatan di Xiamen University dan dikenang di kalangan akademia serta industri
• Kemajuan seperti FinFET dan gate-all-around membuat prinsip CMOS tetap menjadi inti generasi chip baru