Công nghệ Hacker Fab
(docs.hackerfab.org)- Để giảm rào cản tiếp cận các thiết bị chế tạo nano đắt đỏ, Hacker Fab là một dự án nhằm xây dựng công cụ chế tạo nano DIY và các fab mã nguồn mở có thể sao chép
- Tính đến tháng 3/2026, 7 Hacker Fab đã được thành lập; các công cụ fab cốt lõi cũng như thiết bị và quy trình được phát triển bằng những công cụ này đã được ghi chép lại, tạo nền tảng để lan tỏa
- Bạn có thể đóng góp ngay cả khi không tự xây dựng toàn bộ fab; dù chưa có kinh nghiệm chế tạo nano trước đó, bạn vẫn có thể tham gia viết tài liệu, chỉnh sửa và làm dự án thông qua Discord và Gitbook/GitHub
- Trang tài liệu tập hợp các tư liệu cần thiết để biến một căn phòng trống thành không gian chế tạo IC đơn giản trong vài tháng, đồng thời hướng dẫn theo dõi tiến độ mới nhất trên Discord
- Giấy phép là sự kết hợp giữa CERN-OHL-W cho phần cứng, MPL v2.0 cho phần mềm và CC BY-SA 4.0 cho tài liệu; tùy theo nguồn đóng góp, có thể kèm thêm tệp NOTICE
Mục tiêu và tình trạng hiện tại của Hacker Fab
- Hacker Fab là một dự án nhằm tạo ra phiên bản DIY của mọi công cụ chế tạo nano và công bố chúng dưới dạng phần cứng mã nguồn mở hợp tác
- Phòng thí nghiệm chế tạo nano có chi phí và rào cản tiếp cận cao, nên ngay cả sinh viên STEM tại các tổ chức danh tiếng cũng có thể khó sử dụng đầy đủ thiết bị
- Dự án xuất phát từ nhận thức rằng nếu chip vận hành thế giới, thì quyền tiếp cận các công cụ tạo ra chip cũng cần được mở rộng hơn
- Điều cần thiết là các công cụ chế tạo nano giá rẻ, mã nguồn mở, dễ sao chép, cùng các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới thực sự tạo ra và sử dụng chúng
- Tình hình tính đến tháng 3/2026:
- 7 Hacker Fab đã được thành lập
- Các Hacker Fab khác cũng đang được triển khai
- Nhiều công cụ fab mã nguồn mở cốt lõi đã được chế tạo, ghi chép và sao chép
- Các thiết bị và quy trình phát triển được tạo bằng những công cụ đó cũng đã được ghi chép
- Dự án được vận hành bởi một cộng đồng cộng tác viên phân tán và chỉ có thể phát triển khi có thêm nhiều người tham gia
Cách đóng góp và vận hành tài liệu
- Việc trao đổi diễn ra trên Discord
- Bạn không cần xây dựng toàn bộ fab vẫn có thể đóng góp, và dù chưa có kinh nghiệm chế tạo nano trước đó, bạn vẫn có thể đảm nhận những công việc có ý nghĩa
- Quy trình thêm công việc vào Gitbook:
- Nhấn nút “contribute”
- Với dự án mới, tạo trang mới; với công việc hiện có, chỉnh sửa hoặc bổ sung trang hiện tại
- Nếu tải tài liệu làm việc như Google Docs xuống dưới dạng tệp zipped
.html, có thể nhập trực tiếp thành trang Gitbook mới và giữ lại phần lớn nội dung cũng như định dạng - Gửi merge request và chọn Jay Kunselman cùng Alexander Hakim làm reviewer
- Nhận thông báo phê duyệt hoặc yêu cầu chỉnh sửa
- Trang tài liệu là nơi tập trung các tài liệu chia sẻ, với mục tiêu cung cấp đủ tư liệu để biến một căn phòng trống thành không gian chế tạo IC đơn giản trong vài tháng
- Nhiều trang vẫn đang được hoàn thiện, và ghi chú tiến độ của từng cộng tác viên có thể còn nằm trên Google Drive hoặc Notion, v.v.
- Bạn có thể thấy liên kết đến các ghi chú đó ở đầu mỗi trang
- Những ghi chú này sẽ được chuyển sang Gitbook sớm nhất có thể
- Có thể gửi yêu cầu thay đổi bằng tài khoản Gitbook miễn phí; toàn bộ tư liệu nằm trên GitHub và được Gitbook định dạng để hiển thị đẹp hơn
- Cũng có thể đóng góp trực tiếp qua GitHub
Các công cụ chế tạo trong Fab toolkit và chi phí
- Công cụ liên quan đến patterning, deposition và processing:
- Lithography Stepper V2: chi phí build $3,015, có SOP, Carnegie Mellon
- Vacuum Spin Coater V1: chi phí build $200, có SOP, Carnegie Mellon
- RF Sputtering Chamber: build chamber + magnetron $1,000, build power supply $1,000, mua linh kiện dual gas supply $5,000, mua pumping system + gauge $11,400, Carnegie Mellon
- Thermal Evaporator V1: đang thực hiện, chi phí build $15,000, có SOP, Carnegie Mellon
- Tube Furnace V1: đang thực hiện, chi phí build $200, có SOP, Projects in Flight
- Plasma Etcher: chi phí mua $17,400, có SOP, Plasma Etch PE-25
- Hot Plate: chi phí mua $125
- 3-Axis Piezo Nanopositioner: chi phí build $500
- Electroless Plating: chi phí build $500
- Công cụ kiểm chứng và đo lường:
- Probe Station V1: chi phí mua $15,800, có SOP
- DIY SMU: chi phí mua $800, có SOP
- Optical Spectrometer
- Nhóm vật liệu hóa học:
- Photoresists + Developers
- Dielectrics
- Conductors
- Etchants
- Dopant Sources
Bối cảnh khởi đầu và cấu trúc giấy phép
- Hacker Fab được truyền cảm hứng từ Sam Zeloof
- Dự án do Elio Bourcart, Alexander Hakim và Sam Zeloof khởi xướng tại Carnegie Mellon University; sự hỗ trợ của khoa CMU ECE đã thúc đẩy giai đoạn tăng trưởng ban đầu
- Hacker Fab @ CMU đầu tiên hiện do Matthew Moneck, Tathagata Srimani và Jay Kunselman quản lý
- Bộ giấy phép mặc định:
- Phần cứng: CERN-OHL-W
- Nếu một tệp HDL được công bố theo CERN-OHL-W rồi có người dùng tệp đó trên FPGA và phân phối bitstream, họ không cần công bố toàn bộ phần còn lại của thiết kế HDL theo CERN-OHL-W
- Phần mềm: MPL v2.0
- Copyleft theo từng tệp của MPL được thiết kế để khuyến khích chia sẻ các chỉnh sửa mã, đồng thời cho phép kết hợp với mã theo giấy phép mã nguồn mở khác hoặc giấy phép độc quyền với mức hạn chế tối thiểu
- Tài liệu: CC BY-SA 4.0
- Miễn là có ghi công tác giả, có thể phân phối, remix, chuyển thể và xây dựng tiếp trên mọi phương tiện hoặc định dạng, đồng thời cũng cho phép sử dụng thương mại
- Tư liệu được remix, chuyển thể hoặc xây dựng tiếp phải được cấp phép theo cùng điều kiện
- Phần cứng: CERN-OHL-W
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Khi in 3D bắt đầu nổi lên, tôi từng kỳ vọng rằng những người chơi nghiệp dư có thể tiến tới chế tạo IC với bề rộng đường lớn
Dù không thể làm quy trình 4nm trong gara, tôi nghĩ cỡ ~10µm thì có thể, nhưng sau khi đọc thêm về chế tạo IC, ngay cả điều đó cũng trông như một giấc mơ xa vời
Tôi từng tưởng tượng một công nghệ hiện đại thanh nhã, nơi laser khắc rãnh còn đầu in đặt dây dẫn và pha tạp một cách chính xác, nhưng thực tế lộn xộn hơn nhiều
Mọi công đoạn đều dùng các hóa chất nguy hiểm và độc hại, và chỉ một hạt bụi ở sai vị trí cũng có thể làm phản ứng thuốc thử hỏng dây chuyền hoặc tạo ra khuyết tật vật lý
Thật vui khi thấy có công việc đang được thực hiện cho chế tạo ở cấp độ người chơi nghiệp dư, nhưng giữa những đường nét gọn gàng của Magic và các wafer silicon lấp lánh là một khoảng cách khổng lồ do các nhà khoa học vật liệu thống trị, chứ không phải kỹ sư điện hay kỹ sư phần mềm
Một năm trước khi tôi học môn VLSI, trường tôi đã bán toàn bộ thiết bị chế tạo cho một trường khác, và môn đó vốn có phần lab thực hành
Tôi muốn phản đối việc gọi chế tạo IC như một thứ “ma thuật hắc ám”. Trong kỹ thuật không có phép thuật; đó là một kỹ năng cần giáo dục, kinh nghiệm và chuyên môn như mọi lĩnh vực kỹ thuật khác
Tuy nhiên, vì nó xử lý thế giới vật lý nên chi phí và rủi ro trực tiếp hơn so với phần mềm
Việc chế tạo IC về cơ bản không có giai đoạn dành cho người chơi nghiệp dư có thể khiến mọi người bối rối. Khi vượt quá mức đồ chơi, bạn cần thiết bị, nguyên liệu thô, phòng sạch, cũng như nhiều người và nhân sự hỗ trợ
Lab của trường tôi đóng cửa cũng vì các nghiên cứu sinh, tiến sĩ và giáo sư rời đi, cộng thêm việc các cơ sở nghiên cứu ngày càng khó mua được wafer thực sự dùng được
Theo tôi nhớ, chỉ dự án áp chót là đi tới tapeout và chế tạo, và vì hạn chế thời gian nên yield cực kỳ tệ
Phần phức tạp nhất của sản xuất bán dẫn là quyết định phản ứng tối ưu bằng kiểm soát quy trình thống kê dựa trên cỡ mẫu lớn
Vì vậy, nếu chưa có sẵn dây chuyền sản xuất, ngay cả việc khởi động một dây chuyền sản xuất hiện đại mới cũng có thể khó
Việc tìm các “siêu tham số” dùng được cho thiết bị quang khắc khiến việc huấn luyện LLM trông như một bài hướng dẫn
Để bootstrap toàn bộ thứ này, đã cần một quá trình kéo dài hàng chục năm với sự can thiệp trực tiếp của con người, rồi chuyển giao sang tự động hóa một cách cực kỳ thận trọng
Vì nó đáp ứng nhu cầu tạo mẫu nhanh
Ngày nay người ta hầu như cũng không tự ăn mòn PCB nữa, vì việc đó đã quá nhanh và rẻ
Vì thiếu động lực bỏ hơn 10.000 đô la để làm một món đồ giá 6 xu, nên khó có thể hình thành đủ một phong trào tự chế IC DIY
Cũng có TFT bán dẫn hữu cơ lắng đọng các lớp bằng nhiệt độ thấp và hóa học pha lỏng
Vấn đề sâu hơn là có rất ít tình huống cần chip tùy chỉnh mà các linh kiện hiện có hoặc FPGA không giải quyết được, và dù quyền truy cập fab có rẻ hơn thì cũng rất ít người có chuyên môn để tạo ra kết quả thú vị
Dù vậy, tiny tapeout cũng đáng xem thử
Có vẻ chưa ai nhắc đến quang khắc bằng chùm electron, nhưng người chơi nghiệp dư đã từng làm rồi[1]
Quang khắc bằng chùm electron đã được dùng từ thập niên 1970, và vì chậm nên có thể mất cả ngày để làm một CPU
Vì vậy nó không được dùng cho sản xuất hàng loạt, nhưng hoạt động tốt cho quy trình tạo mẫu
Hệ thống chùm electron về cơ bản là một kính hiển vi điện tử quét mạnh hơn. Nó có buồng chân không, thiết bị hội tụ và lái chùm electron tương tự thứ có trong CRT, thiết bị điều khiển, và dĩ nhiên được điều khiển bằng máy tính
Nó còn có ưu điểm là phần mềm có thể hiệu chỉnh độ phi tuyến của quá trình quét, và có thể quét ở công suất thấp để kiểm tra chính những gì nó đã viết
Dù vậy vẫn cần phủ và ăn mòn, nên đây không phải là quy trình khô hoàn toàn; chùm chỉ phơi sáng photoresist mà thôi
Kích thước thiết bị cỡ một cái bàn, và ví dụ về thiết bị của CMU có ở [2]. Nhiều trường đại học có thiết bị kiểu này
[1] https://hackaday.com/2024/08/06/creating-1%c2%b5m-features-t...
[2] https://nanofab.ece.cmu.edu/facilities-equipment/fei-sirion....
Tôi đồng ý với việc dân chủ hóa quyền tiếp cận các công nghệ chế tạo đơn giản, nhưng khá lo ngại về việc người chơi nghiệp dư tham gia
Nguy hiểm rõ ràng là không thể tránh HF, và thứ này cực kỳ nguy hiểm, có thể gây chết người
Dù vậy, tôi không lo điều đó nhất, vì mọi người có thể đưa ra lựa chọn khôn ngoan để giảm rủi ro, và rốt cuộc mỗi người có thể tự quyết mức chấp nhận rủi ro của mình
Điều khiến tôi lo hơn là SF6 dùng trong ăn mòn ion phản ứng. Chỉ số làm nóng lên toàn cầu của nó tính theo kg cao hơn CO2 hơn 24.000 lần
Nếu nó bị phân hủy hết trong buồng plasma hoặc có bộ scrubber khí thải như fab công nghiệp thì ổn, nhưng người chơi nghiệp dư sẽ xả và purge khá nhiều SF6 chưa biến đổi
Về mặt sinh thái, điều này gần như là thảm họa, nên có những việc tốt hơn là không nên làm ở nhà
Giả sử giá trị ban đầu như trong mơ của những thứ kiểu này là cá nhân có thể tự chế tạo chip
Tức là giống như in 3D, dùng để lặp nhanh nguyên mẫu; còn khi đã có thiết kế thì giao cho một trong các hãng lớn sản xuất theo cách truyền thống
Nếu giả định đó đúng, vậy thứ này hơn FPGA ở điểm nào?
Dù vậy, việc tự xây dựng thiết bị chế tạo chip bản thân nó đã rất ngầu
Tôi đang muốn làm chip để tổng hợp DNA, nó phải tiếp xúc vật lý với thế giới thực và cần các điện cực
Điện từ mạch tạo ra thay đổi pH cục bộ, và có thể dùng điều đó để kiểm soát chính xác các phản ứng sinh học
FPGA không thể làm những tác vụ analog như vậy
Có vẻ đó là một giả định bỏ qua khá nhiều mối quan tâm cá nhân
Nó giống như nói cứ đặt PCB là được. Chi phí biên để làm 1.000 PCB giờ đã đủ rẻ, nhưng nếu chỉ làm 5 cái hoặc 1 cái thì sao?
Không phải ai cũng coi sở thích là một khoản đầu tư kinh doanh. Cũng không phải ai làm dự án cũng nhắm đến một sản phẩm có thể bán
Nhiều người chỉ muốn thử ý tưởng, thấy vui, giải quyết nhu cầu của mình và biến thứ đó thành hiện thực, chứ không muốn bán
Với tôi, giá trị cốt lõi của fab tại nhà là cho phép tạo một con chip cho tác vụ cụ thể hoặc số lượng rất nhỏ mỗi khi phát sinh nhu cầu nào đó
Chuyển từ chip 10µm sang fab thương mại là điều hoàn toàn không có khả năng
Trông rất thú vị, và tôi hy vọng việc phát triển IC cũng sẽ có chế tạo nguyên mẫu chi phí thấp
Nhưng so sánh với in 3D thì không đúng; ví dụ gần hơn nhiều là PCB
PCB có thể tự làm, nhưng khi sản xuất hàng loạt ở Trung Quốc và các dịch vụ đặt hàng gộp xuất hiện, chúng đã rẻ đến mức gần như không còn cần tự làm nữa
Tôi nghĩ vẫn còn nhiều việc có thể làm trong chế tạo nguyên mẫu IC chi phí thấp
Hạ tầng cố định, tức xây fab, có thể không nhất thiết là vấn đề. Vì đã có năng lực sản xuất để làm chip giá rẻ với số lượng lớn, thêm một wafer có thể không phải là yếu tố giới hạn chi phí
Cũng có wafer đa dự án giống như đặt hàng gộp PCB, nhưng theo hiểu biết của tôi, giới hạn chi phí cứng hiện nay là NRE để tạo bộ mask, và trong sản xuất nguyên mẫu thì chi phí đó không được khấu hao trên đủ số lượng
Vì vậy, mask rẻ hơn, hoặc ít mask hơn, là mảng tôi muốn thấy tiến bộ
Phần mềm thiết kế PCB cấp chuyên nghiệp có thể mua với vài nghìn đô la mỗi năm, và KiCad mã nguồn mở cũng khá dùng được
Ngược lại, phần mềm thiết kế IC cấp chuyên nghiệp có giá hàng trăm nghìn đô la mỗi năm, còn các công cụ cạnh tranh mã nguồn mở thì gần như khó dùng khi so sánh
Dù vậy kỳ vọng vẫn giống nhau, và chỉ cần dân chủ hóa thiết kế IC thêm một chút cũng sẽ giúp ích rất nhiều cho phát triển phần cứng
Không gì thắng được thời gian quay vòng của DIY, nhưng mọi quy trình tôi từng thấy đến nay đều có điểm khiến tôi không thích
Laser sợi quang có thể là ngoại lệ, nhưng tôi không rành mảng đó
Có vẻ chỉ riêng thiết bị phần cứng để dựng một Hacker Lab như vậy đã tốn hơn 50.000 đô la một chút
Hy vọng chi phí sẽ sớm giảm thêm
Tôi mong nỗ lực này thành công, nhưng không rõ có những cạm bẫy nào
Tôi đoán sản lượng nhỏ cũng sẽ vượt 50.000 đô la, nhưng không có mốc nào để so sánh
Từ góc nhìn của một chuyên gia bán dẫn, cách tiếp cận thử thu nhỏ quy trình bán dẫn hiện có là không đúng
Vì nó quá phức tạp
Cần các công cụ mới được tối ưu cho sự đơn giản của thuốc thử, để không phải dùng những thứ như photoresist và dung dịch hiện ảnh độc hại, hay các khí plasma chết người
Hoặc nếu cần những bước như vậy thì phải có thể tách chúng khỏi lab địa phương
Ví dụ, wafer silicon phủ oxide hoặc kim loại hiện nay vẫn có thể mua sẵn
Có thể để một biển cổng NAND chỉ còn chờ lớp kim loại, rồi xử lý phần đi dây bằng FIB và cách điện
Rất lâu trước khi DIY ASIC trở thành hiện thực, các fab lớn sẽ cung cấp dịch vụ shuttle rẻ hơn và dễ dùng hơn
Tôi hy vọng họ thành công, nhưng việc dùng máy móc cỡ con người để tạo cấu trúc ở thang micro/nano luôn khó, ngay cả với những người có nguồn vốn dồi dào hơn nhiều so với dân hobby
Gần đây tôi biết đến tăng trưởng tinh thể định hướng bằng DNA, và thấy thú vị với ý tưởng rằng đây có thể là một cách dễ xử lý hơn để một thực thể lớn tạo ra thứ nhỏ, chẳng hạn như mạch tích hợp
Tôi không biết có thể làm thế nào trong gara, nhưng cảm giác việc lập trình các bước cần kiểm soát chính xác vào hóa chất thay vì vào máy móc là có lợi
Chúng ta thật sự cần một cách tạo ra các thiết bị nano như vậy mà không cần quang khắc
Nếu dùng thứ như DNA để truyền thông tin lên bề mặt, thì càng thu nhỏ và mở rộng diện tích, nó trông càng dễ hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn
Với bất kỳ công nghệ nào, đo lường trở thành miền vấn đề chi phối. Vì cuối cùng phải trả lời câu hỏi “lấy độ chính xác lặp lại được từ đâu?”
Cũng có các quy trình lab công suất thấp có thể tạo chiều rộng đường dưới 234nm, nhưng phải xem phòng sạch là một phần của máy
Có thể mất nhiều năm để tìm ra cách duy trì bầu khí quyển và kiểm soát lưu lượng khối của khí
Bán phần cứng do cộng đồng thiết kế mà không trích dẫn những người hobby ban đầu thì khá trơ tráo
Trong những gì được đăng lên, tôi chẳng thấy có gì mới hay độc đáo cả
Phát triển IC giá rẻ tại nhà là điều rất cần thiết cho nông nghiệp
Nếu nghĩ đến máy móc nông nghiệp hiện nay và trong tương lai, chúng đã được số hóa, và cần trao cho máy móc nông nghiệp khả năng tự sửa chữa, tự cải tiến
Chắc là không thể tạo ra một con chip mạnh hơn ESP32 với giá dưới 2 đô la, vậy tự làm IC thì giúp được gì?
Hoặc nên cho phép thay đổi tốc độ tối đa của xe mà không cần đến trung tâm dịch vụ và trả 300–500 đô la
Tôi không hiểu vì sao lại nói về phát triển IC giá rẻ tại nhà trong khi ngay cả những việc như vậy cũng không cho nông dân làm
Đáng tiếc là đây là một bước đi đúng hướng, nhưng vẫn còn xa mục tiêu
Nông dân không có 50.000 đô la tiền dư để dựng một fab IC sở thích trong nhà kho
Vấn đề ở đây không phải là việc tạo ra chip
Đây là một dự án rất thú vị, nhưng phần “chúng tôi giao tiếp hoàn toàn qua Discord” khiến tôi băn khoăn
Đó là một khu vườn có tường bao quanh và nội dung khó tìm kiếm, nên tôi không hiểu vì sao lại dùng nó cho một việc trông giống nỗ lực DIY kiểu mã nguồn mở