本文的重点放在硅大规模集成电路（LSI）工艺和终端上，不讨论其他重要领域。这不是说这些领域没有重大进展或将来也不会有重大进展，而是因为估计到八十年代这些领域大概不会有多大问题。可望继续发展的一个例子便是磁存贮器。此外，新的元件例如软磁盘和磁泡，将改变磁存贮器设计中所用的方法。
一、超大规模集成电路（VLSI）制造工艺
要使用户以最低的成本获得最高的计算能力，必然要把许多功能（从而许多元件）设计在一块LSI芯片上。VLSI制造工艺的三项任务是：制作许多更小更密集的结构，用更薄的材料层，使每单位面积的缺陷少。这种结构一旦设计后，实际制作上的问题可分为二个。一个是如何把所需的图形在圆片上成像，另一个是如何用各种腐蚀和沉积技术来形成与图形完全一致的材料层。
随着元件的最小几何尺寸缩到1微米，平面器件时代所用的光学蚀刻技术已经不再适用了。分辨率受衍射效应限制，图形对准成为一个严重问题。二种新工艺——电子束蚀刻和X射线蚀刻都能使分辨率大大提高。事实上，用X射线蚀刻获得的绝对分辨率，虽略高于用电子束蚀刻所获得的，但仅从这个参数来判断，这二种蚀刻都可能使单元面积缩小1000倍，接近或超过物理学上设定的器件的绝对最小尺寸。
成像尺寸的真正障碍是图形对准的精度，而不是分辨率。连续的图形重叠的精度，必须等于0.2 ~ 0.3乘额定宽度；由于这个精度接近1000埃，每一芯片可能都需要重新对准。电子束直接在圆片上蚀刻是连续的，所以具有可多次对准的优点，但这一优点却使产量受到限制。要克服这一缺点，必须研制高质量的高速光刻胶材料和电子光学系统。
X射线蚀刻在性质上和光学蚀刻相似，但使用电子束制作的掩模，只要全部圆片曝光都可利用，产量不受限制。但这种蚀刻要使用复杂的掩模，而且热效应和加工使圆片尺寸改变，往往需要分步重复曝光。这样就产生了一个和电子束直接在圆片上蚀刻差不多的产量受限制的问题。研制X射线和电子束加工用的光刻胶材料，并证实这种材料在加工中的重要性，是一个不容忽视的大问题。
材料层实际形成中受到的尺寸限制，比材料层的成像更妨碍器件尺寸的缩小。器件的尺寸比例理论，包括所有三维的变化。当尺寸缩小时，绝缘体和互连膜的厚度变得更薄，pn结变得更浅。这样，氧化物膜更容易产生缺陷和针孔，它们都是潜在的短路场所。互连除非按较大的长宽比来制作，否则会导致较高的串联电阻，而且金属半导体和互连接触面积大大缩小，增加接触电阻和开路的可能性。为了解决这些问题，要改进传送技术和圆片加工环境，采用耐高温金属或硅化物膜，用聚合物绝缘体代替无机绝缘体，寻找改进材料边缘清晰度和锐度的技术。沉积和腐蚀时在各种等离子体气氛中的干法加工，特别适用于在这些材料中制作小线条。
二、密度、性能和元件接口
蚀刻技术和半导体工艺的不断进展，将可进一步缩小线条尺寸，从而进一步改进价格性能比。金属 - 氧化物 - 半导体（MOS）的比例就是一个例子（对
双极型工艺的影响是相似的，但不那么大）。比例通常如下：线性器件尺寸1/S，电源（和逻辑）电压1/S，电流1/S，寄生电容1/S2，门延迟1/S，功率耗散1/S2，密度1/S2，功率延迟积1/S2。
这里有二个问题。第一个问题是电压的比例。今天，MOS器件的工业标准是5伏晶体管 - 晶体管 - 逻辑（TTL）电压电平。如果要对更小的器件保持这个标准，就必须改变比例。这就给器件带来下列问题：① 热电子注入引起今后的可靠性问题，② 较低的穿通电压使器件非常容易过分漏泄，③ 碰撞电离增加衬底漏泄。
此外，如果看一看保持5伏标准时芯片外的驱动器的性能，我们会发现，出口延迟仍然不变（电压相同，电流相同，负载相同），而内延迟略低于1/S。这样，输出延迟和内延迟之间的比就会增大。由于这种增大是可以用降低芯片外的电压电平的方法来限制的，因此迫切要求建立一种新的低压接口标准。
第二个问题是接通芯片上电路所需的输入/输出（I/0）引线的数目。目前的管壳严格地限制这一数目，今后可能继续如此。扩大管壳的I/O能力的一种技术，就是把信号定时多路传输到各个I/O引线。这也是促使接口不用TTL电压标准的一个理由，因为低压时容易实现多路传输所要求的高频。
因此可以期望，八十年代的一个礼物，将是一种有效的通用新接口标准，电压较低，从而可提高硅芯片的接通能力。
三、固体存贮器
基础工艺的发展速度，以半导体存贮器为最快。这种存贮器硅芯片上的位密度增加，已使成本迅速下降。用作存贮器是提高硅片集成度的一种最好应用。
为了大幅度降低成本，必须解决许多加工、设计和测试问题；然而，看来没有一个问题是不可能解决的。发展速度可能会慢一些，但到1990年，芯片成本降到目前的二、三十分之一，肯定是可能的。若把芯片上容错技术，同圆片上良好芯片用第三层金属层互连的方法结合起来，可使成本再下降80 ~ 90%。这样就可使第一级管壳的存贮器成本，比现在的低99%以上。
半导体存贮器的可能应用领域如下：（1）更多的是用于计算机主机，（2）更广泛地用于计算机系统。（3）用于终端设备、外部设备和网络中的分布处理和分布通信。它的潜在应用主要有：
（1）新的主机体系结构 利用操作系统的几个拷贝，带有专用存贮器的功能处理机，中央处理装置（CPU）的额外卸载等，可把多处理机的概念扩展到进一步提高总的性能和能力。
（2）多微处理机 这是上述概念的一种扩展，但使用多微处理机正在引起广泛兴趣，也可能适合于某些应用。
（3）数据库机器 数据库软件管理系统的革新以及新的系统设计和存贮器体系，可促进有效地共用大型数据库。
（4）软件测试机 带有廉价存贮器的计算机，能经济地完成较多的测试，有助于提高软件质量。
（5）个人计算机 廉价的软件、I/O、逻辑、存贮器，将为个人计算机开辟一个大的市场，先在办公室内，再在家内，供计算机业余爱好者之外的人用。
四、填补差距的文件工艺
从历史来看，在主存贮器工艺与廉价磁存贮器工艺之间，存在着一段相当大的性能差距。但现在有二类器件可填补这个差距，即电荷耦合器件（CCD）和磁泡器件。
磁泡特别引人注意，因为它是非挥发性存贮器。此外，把磁泡和常用的磁存贮器相比，必须考虑二点。第一，磁盘系统的管理费较高，与不需要管理费的磁泡系统相比， · 系统中每位的成本更取决于系统的总容量。所以，今天磁泡是容量略大于1兆位的活动头磁盘和容量小于9兆位的固定头磁盘的廉价代用品。第二，磁泡是一种新的半导体工艺，在今后十年内，将比磁盘系统更有发展。所以，到八十年代中期，磁泡将是容量约为4兆位的活动头磁盘和容量约为40兆位的固定头磁盘的廉价代用品。这种情况，和过去十年中半导体随机存取存贮器（RAM）代替磁芯存贮器的情况相似。
五、封装
封装工艺的任务，将是可靠地提供利用硅工艺进展所需的额外I/O和功率能力。VLSI芯片工艺，将要求改换七十年代的封装标准——非常成功的双列直插式管壳（DIP）。DIP的一个基本限制，就是从芯片上5密耳I/O间距到DIP引线上100密耳中心所需的扇出距离。把这种封装工艺强行扩展，就会将200密耳芯片装在2.5平方英寸的管壳内。这样的管壳，就会用过多的空间来组装芯片，而这会影响性能和成本。例如，相邻的管壳接通时，会有1毫微秒左右的额定延迟。因此，计算机设计师为了继续改进价格性能比，特别是高性能应用，将转向一种新的封装工艺。
新的封装工艺将是这样的：芯片在第一级互联时，不论扇出是1：1或1：2，I/O必须大于或等于100。这意味着，要求在5 ~ 10密耳栅结构上进行芯片键合和互连。这将使1 ~ 5瓦的芯片的距离更近（≤0.5英寸中心），并要求每平方英寸有3 ~ 15瓦的热导率，以便散热。这将要求用特别的冷却技术来取代现在普遍采用的空气冷却技术。新的封装工艺，也将提供多芯片封装，陶瓷或热特性良好的某些硬材料，将取代印制电路板，薄带载体将取代DIP。
六、VLSI设计工具
我们展望八十年代时所面临的一个主要问题是：如何发挥把越来越多的电路，经济地集成在一块硅芯片上的潜力。如果我们认为，在半导体加工工艺方面，芯片的复杂性增加2 ~ 3个数量级是可能的，那么我们的主要任务就是对工程师们提供足以应付这'种复杂性的设计工具。这很可能是我们能够发挥VLSI全部潜力的一个主要限制。
最近，有一家主要半导体制造厂打算利用现有设计手段来应付可望于1982年要设计的随机逻辑芯片的要求。结果表明，要设计一块微处理机芯片，估计一个人可能需要60年的努力。此外，我们还发现，在计算机辅助设计项目中，计算机的运算时间通常是按电路数的一个幂（一般为2 ~ 3）而增加的。因此，随着集成度的增加，计算机的运算时间从几分钟增加到几小时，计算机设计的成本就大大增加。
这是一个难题。显然，需要新的和性能很高的工具；但是，这些工具却是研制时间长的项目，实现与否决定着人们能否利用新的工艺能力。设计自动化工具是高档的软件系统，要成功地实现，必须投入大量的人力和时间。
要求有二种设计工具。一种是为了设计像存贮器芯片那样的元件，产量大品种少。另一种是为了设计例如高性能处理机中所用的元件，产量少品种多。在第一种情况下，可以投入较多的时间，因为这项费用可从大量芯片来补偿。在第二种情况下就不是这样，结果是设计比用较多工程费的设计差。我们认为，进入八十年代时，这二个要求将继续存在，如果我们想用这些软件辅助系统来发挥硬件工艺的潜力，那么这二个方面都需要大大改进。
VLSI设计中的一个重要问题将是可测性。这个问题直到最近才被认为是功能设计过程中的一个组成部分。
由于设计过程及其数据变得越来越复杂，我们正面临着一个数据完整性的问题。要解决这一问题，一方面必须对设计过程进行检验，以便相信设计的正确性；另一方面必须不影响具体设计人员进行创造性和革新性设计的自由。这是对于我们新的自动化系统的制造厂提出的一个独特的任务。
我们的结论是，八十年代的一个主要任务，落在设计工具制造厂的身上。如果没有这种设计工具，新的半导体工艺的潜力就不能发挥。
七、微处理机
微型计算机革命开始时，人们希望标准LSI芯片组成为可以取代数学系统应用中大量硬布线逻辑的标准可编程序逻辑元件。广泛的系统应用，已经促成了100多种“标准”微型计算机芯片钽，而且每天还在讨论更多和“更好”的微型计算机。由于微型计算机目前所服务的各系统应用性能要求不同，已出现了大量微型计算机，从廉价的单片微型计算机（如德克萨斯仪器公司的TMS1000或英特尔公司的8048）到多片微处理机（如数字设备公司的LSI-11）。
我们认为，未来高档微处理机应有下列要求：
（1）高逻辑密度 这个要求将通过蚀刻技术、电路元件和降低功耗技术的改进来达到。密度以每单位面积的元件数或电路数来度量。根据经验，一个逻辑门或逻辑功能需三个元件。蚀刻技术的改进将使每单位面积有更多的元件；新的电路元件，将以较少的元件来实现一个逻辑功能；降低每个门的功耗，将使高密度可加利用而不超过管壳的功耗。此外，为了减少信号从一个逻辑功能传送到另一个逻辑功能所需的时间，为了降低用LSI工艺实现每一逻辑功能的成本，必须有高密度。
（2）高速度 未来的LSI计算机系统与每个门的速度关系较少，而与计算机每秒能执行的指令数和这些指令的能力关系较多。显然，基础工艺在需要的场合应提供高性能，但真正的重点将是把计算机的体系和半导体的工艺结合起来，提供较宽的数据通道，有效地利用流水线作业，实现并行操作以及提供高速度的其他特性。
（3）新的封装概念 高密度和高速度与LSI管壳上的功耗和引线数密切相关。LSI的封装概念，可以提出三个问题：引线，散热，芯片互连。八十年代，高档微处理机的LSI管壳将有四十多根引线，且热电阻较低，印制电路板密度较大。
满足上述三个要求时，可通过新型体系结构和LSI工艺的配合，获得最大的好处。
八、终端——问题和任务
今天，终端的大多数问题已在技术上得到解决，主要问题是成本。我们希望的显示应用既便宜又有下列能力：① 大型彩色图形显示，② 彩色打印机，③ 按钮板作为键盘输入或按钮板装在显示板上面作为键盘输入，④ 无人操作用语言输入，⑤ 平板显示，⑥ 间距可变的字符、上标、下标等显示。若要充分发挥终端的潜力，还必须满足其他要求。
八十年代成功地使用终端的关键将是：（1）扩大终端的功能（通过廉价的硬件，必要的辅助软件和对终端的维护）；（2）更多注意终端设计的经济性。
九、结束语——潜力和任务
过去二十年，数据处理系统用的工艺有了巨大进展。硅大规模集成电路的进展，引起半导体存贮器价格性能比的迅速改进，仅是一个例子。展望未来，我们看到了工艺进展的潜力，它将导致出现成本较低、功能较高的计算机系统元件。但是要发挥这种潜力，必须先完成某些任务。如果要用亚微米级尺寸，必须从光学蚀刻转为电子束蚀刻或X射线蚀刻。此外，当我们进入超大规模集成电路时代时，复杂硅芯片的设计和测试，就变得昂贵而困难，必须寻找对策。这些复杂硅芯片的封装（包括对芯片提供稳定的电源，使芯片散热，使芯片有足够的输入/输出能力），是一个严重问题，特别是对高档高性能处理机。
由于硅工艺的进展，已有可能发展廉价的高性能微处理机系统，且其能力将和分布处理的机会一样继续增加。硅工艺对终端的影响，将是巨大的，并且必将提供一个机会，在各方面提高人 - 机接口的性能。
计算机的基础工艺可望继续进展。尽管这种工艺在八十年代将面临“硬件/处理”任务，但真正的任务却是发展一种计算机科学理论，这种理论摆脱过时的结构概念和设计概念，发挥“新”工艺将在八十年代提供的潜力。最大的好处不是在于单纯地把工艺推向前进，而是在于通过工艺师、计算机设计师和软件程序员之间的协作可能达到的配合。
[本文选自Computer1978年9月10 ~ 17页。舒名祥摘译]