- 高価なナノ製造装置へのアクセス性を下げるため、Hacker FabはDIYナノ製造ツールと複製可能なオープンソース・ファブの構築を目指すプロジェクトである
- 2026年3月時点で7つのHacker Fabが設立されており、中核となるファブツールと、それを使ったデバイス・プロセス開発が文書化され、普及の基盤が整っている
- ファブ全体を自作しなくても貢献でき、事前のナノ製造経験がなくてもDiscordやGitbook/GitHubを通じて文書作成・修正・プロジェクト作業に参加できる
- 文書サイトは、空き部屋を数か月で簡単なIC製造スペースに変えるために必要な資料を集約しており、最新の進捗はDiscordで確認するよう案内している
- ライセンスは、ハードウェアがCERN-OHL-W、ソフトウェアがMPL v2.0、文書がCC BY-SA 4.0の組み合わせで、貢献元に応じて追加のNOTICEファイルが付く場合がある
Hacker Fabの目標と現状
- Hacker Fabは、あらゆるナノ製造ツールのDIY版を作り、それを協業型のオープンソース・ハードウェアとして公開しようとするプロジェクトである
- ナノ製造ラボはコストとアクセス障壁が高く、STEMの学生であっても有力な機関に所属していてなお、装置を十分に使えないことがある
- チップが世界を動かしているのなら、チップを作るためのツールへのアクセスも、より広く開かれるべきだという問題意識から出発している
- 必要なのは、安価で、オープンソースで、容易に複製できるナノ製造ツールと、それを実際に作って使う世界中のラボである
- 2026年3月時点の進捗:
- 7つのHacker Fabが設立済み
- ほかのHacker Fabも進行中
- 複数の中核的なオープンソース・ファブツールが制作・文書化・複製されている
- それらのツールで作られたデバイスやプロセス開発も文書化されている
- プロジェクトは分散した貢献者コミュニティによって運営されており、さらに多くの参加があってこそ成長できる
貢献方法と文書運用
- コミュニケーションはDiscordで行われる
- ファブ全体を作らなくても貢献でき、事前のナノ製造経験がなくても意味のある作業を担える
- Gitbookに作業を追加する流れ:
- 「contribute」ボタンを押す
- 新規プロジェクトは新しいページを作成し、既存の作業は既存ページを編集または補完する
- Google Docsのような作業文書をzip化した
.htmlファイルとしてダウンロードすれば、新しいGitbookページに直接取り込め、多くの内容と書式を維持できる
- merge requestを提出し、Jay KunselmanとAlexander Hakimをレビュアーに選ぶ
- 承認メッセージまたは修正依頼メッセージを受け取る
- 文書サイトは共有文書のホームであり、空き部屋を数か月で簡単なIC製造スペースに変えるのに十分な資料を提供することを目標としている
- 多くのページはまだ作業中で、個々の貢献者の進捗ノートはGoogle DriveやNotionなどに残っている場合がある
- 各ページ上部で該当ノートへのリンクを確認できる
- これらのノートは可能な限り早くGitbookへ移される
- 無料のGitbookアカウントから変更リクエストを送信でき、全資料はGitHubにあり、Gitbookで見やすく整形されている
- GitHubを通じた直接の貢献も可能である
Fab toolkitの制作ツールと費用
- パターニング・成膜・加工関連ツール:
- Lithography Stepper V2: 製作費 $3,015、SOPあり、Carnegie Mellon
- Vacuum Spin Coater V1: 製作費 $200、SOPあり、Carnegie Mellon
- RF Sputtering Chamber: chamber + magnetron製作 $1,000、power supply製作 $1,000、dual gas supply components購入 $5,000、pumping system + gauge購入 $11,400、Carnegie Mellon
- Thermal Evaporator V1: 作業中、製作費 $15,000、SOPあり、Carnegie Mellon
- Tube Furnace V1: 作業中、製作費 $200、SOPあり、Projects in Flight
- Plasma Etcher: 購入費 $17,400、SOPあり、Plasma Etch PE-25
- Hot Plate: 購入費 $125
- 3-Axis Piezo Nanopositioner: 製作費 $500
- Electroless Plating: 製作費 $500
- 検証・計測ツール:
- Probe Station V1: 購入費 $15,800、SOPあり
- DIY SMU: 購入費 $800、SOPあり
- Optical Spectrometer
- 化学材料カテゴリ:
- Photoresists + Developers
- Dielectrics
- Conductors
- Etchants
- Dopant Sources
背景とライセンス構成
- Hacker FabはSam Zeloofから着想を得ている
- プロジェクトはCarnegie Mellon UniversityでElio Bourcart、Alexander Hakim、Sam Zeloofによって始まり、CMU ECE部門の支援が初期成長を後押しした
- 最初のHacker Fab @ CMUは現在、Matthew Moneck、Tathagata Srimani、Jay Kunselmanが運営している
- 基本ライセンス構成:
- ハードウェア: CERN-OHL-W
- HDLファイルをCERN-OHL-Wで公開した後、誰かがそのファイルをFPGAに使い、bitstreamを配布したとしても、残りのHDL設計全体をCERN-OHL-Wで公開する必要はない
- ソフトウェア: MPL v2.0
- MPLのファイル単位copyleftは、コード変更の共有を促しつつ、ほかのオープンソースまたは独自ライセンスのコードと最小限の制約で組み合わせられるよう設計されている
- 文書: CC BY-SA 4.0
- 著作者表示があれば、どのような媒体や形式でも配布・リミックス・改変・構築が可能で、商用利用も認められる
- リミックス・改変・構築した資料は、同一条件でライセンスしなければならない
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
3Dプリンティングが注目され始めた頃、趣味家たちが 太い線幅のIC製造 に進めるのではないかと期待していた。
ガレージで4nmプロセスは無理でも、~10µm程度なら可能だろうと思っていたが、IC製造についてさらに読むと、それすらもかすかな夢のように見えた。
レーザーが溝を掘り、プリントヘッドが配線やドーピングを精密に載せていく優雅な現代技術を想像していたが、現実ははるかに泥臭い。
すべての工程で危険かつ有毒な化学物質が使われ、位置の悪いひと粒の塵でも試薬反応が連鎖的に壊れたり、物理的欠陥が生じたりする。
ここで趣味家向け製造の取り組みが進んでいるのは歓迎すべきだが、Magicのきれいな線と輝くシリコンウェハーの間には、電気工学者やソフトウェアエンジニアではなく 材料科学者 たちが支配する巨大な隔たりがある
私がVLSIの授業を受ける1年前に、うちの大学は製造装置をすべて別の大学に売却してしまい、その授業にはもともと実習ラボがあった。
IC製造を「暗黒術」のように呼ぶことには反対したい。工学に魔法はなく、ほかの工学分野と同じく教育・経験・専門性を要する技術だ。
ただし物理世界を扱う以上、ソフトウェアよりコストとリスクがずっと直接的だ。
IC製造には事実上 趣味家レベル が存在しないという点が、人々を混乱させるのかもしれない。おもちゃの域を超えると、装置、原材料、クリーンルームだけでなく、複数人と支援スタッフまで必要になる。
うちの大学のラボが閉鎖されたのも、大学院生・博士課程・教授陣が去ったことに加え、研究機関が実際に使えるウェハーの調達がますます難しくなったためだった。
記憶では最後から2番目のプロジェクトだけがテープアウトと製造まで進み、時間の制約のせいで歩留まりはひどかった
半導体製造の最も複雑な部分は、大きなサンプル数に基づく 統計的工程管理 によって最適な対応を決めることだ。
そのため、すでに生産ラインを持っていなければ、現代的な生産ラインを新たに立ち上げることすら難しいかもしれない。
露光装置で使える「ハイパーパラメータ」を見つける作業は、LLM学習がチュートリアルに見えるほどだ。
これ全体をブートストラップするには、何十年にもわたる人手の介入と、それを極めて慎重に自動化へ引き渡していく過程が必要だった
迅速な試作への需要を満たしてくれるからだ。
今では人々は自分でPCBエッチングすらほとんどしない。速くて安くなりすぎたからだ。
6セントの物を1つ作るために1万ドル以上を使おうという動機が乏しかったので、DIY IC製造運動 が十分に生まれにくかった
低温と液相化学で層を堆積させる 有機半導体TFT もある
より深い問題は、既存部品やFPGAでは解決できないカスタムチップが必要な状況が非常に少なく、たとえファブへのアクセスが安くなっても、面白い結果を出せる専門性を持つ人がほとんどいないという点だ。
それでもtiny tapeoutは一度見てみる価値がある
電子ビームリソグラフィ について誰も触れていないようだが、趣味家たちはすでにやっている[1]。
電子ビームリソグラフィは1970年代から使われており、遅いためCPU1個を作るのに1日かかることもある。
そのため量産工程には使われないが、試作工程としてはよく機能する。
電子ビームシステムは基本的に、より強力な走査電子顕微鏡だ。真空チャンバー、CRTの中にあるものに似た電子ビームの集束・偏向装置、制御装置があり、もちろんコンピュータで制御される。
ソフトウェアで走査の非線形性を補正でき、低出力で走査して自分が書いたものを検査できるという利点もある。
それでもコーティングとエッチングは必要で、完全なドライプロセスではなく、ビームはフォトレジストを露光するだけだ。
装置の大きさは机ほどで、CMUの装置例は [2] にある。多くの大学にこの種の装置がある。
[1] https://hackaday.com/2024/08/06/creating-1%c2%b5m-features-t...
[2] https://nanofab.ece.cmu.edu/facilities-equipment/fei-sirion....
単に製造技術へのアクセスを民主化することには賛成だが、趣味家が飛び込むことにはかなり懸念がある。
明白な危険としてHFを避けられず、これは非常に危険で死に至ることもある。
それでも人々がリスクを減らす賢明な選択をできるし、最終的には各自が自分のリスク許容度を決められるという点で、それが最大の心配というわけではない。
もっと心配なのは、反応性イオンエッチングに使う SF6 だ。kgあたりの地球温暖化係数がCO2の24,000倍を超える。
プラズマチャンバー内で全部分解されるか、工業用ファブのように排気スクラバーがあればよいが、趣味家たちは未変化のSF6をかなり放出し、パージしてしまうだろう。
これは生態学的には災害に近く、家でやらないほうがいいこともある
この種の夢のような第一の価値は、個人が自分でチップを製造できることにあると仮定する。
3Dプリンティングのように試作品を素早く反復するためのもので、設計が固まったら大手企業のどこかに従来方式で製造を委託するという意味だ。
その仮定が正しいなら、これは FPGA より優れている点は何だろうか？
それでも、自分でチップ製造設備を作ること自体が格好いい
私はDNA合成用チップを作ろうとしているが、現実世界と物理的に接触する必要があり、電極が必要だ。
回路から出た電気が局所的なpH変化を引き起こし、それを利用して生物学的反応を精密に制御できる。
FPGAではそうした アナログ作業 はできない
個人的な関心のかなりの部分を無視した仮定のように思える。
PCBを注文すればよいと言うのと似ている。PCBを1,000枚作る限界費用は今や十分安いが、5枚や1枚だけ作る場合はどうだろう？
すべての人が趣味を事業投資として見ているわけではない。売れる製品を念頭にプロジェクトを進めているわけでもない。
多くの人はただアイデアを試し、楽しみ、自分の必要を満たし、存在させたいだけで、売りたいわけではない。
私にとってホームファブの中核的価値は、必要が生じるたびに 特定作業用チップ1個 やごく少量を作れるようにしてくれることだ
10µmチップ から商用ファブへ移行するのはまったく現実的ではない
とても面白そうだし、IC開発にも低コスト試作が来ることを期待している。
ただ、3Dプリンティングと比較するのは適切ではなく、ずっと近い例はPCBだ。
PCBは自作もできるが、中国の大量生産や共同発注業者が登場してあまりに安くなり、わざわざそうする必要すらなくなった。
低コストIC試作でも、まだできることがあるのではないかと思う。
固定インフラ、つまりファブを建設すること自体が必ずしも問題ではないのかもしれない。安価なチップを大量に作れる生産能力があるので、ウェハー1枚追加がコスト制約要因ではない可能性があるからだ。
PCBの共同発注のような マルチプロジェクトウェハー もあるが、現在の厳しいコスト上限はマスクセット作成のNREであり、試作生産では十分な数量にわたって償却されないと理解している。
だから、安価なマスク、あるいはより少ないマスクが発展してほしい分野だ
プロ向けPCB設計ソフトウェアは年間数千ドルで入手でき、オープンソースのKiCadもかなり実用的だ。
一方でプロ向けIC設計ソフトウェアは年間数十万ドルで、対抗するオープンソースツールは比べるとほとんど使い物にならない。
それでも期待は同じで、IC設計の民主化 が少しでも進めばハードウェア開発には大きな助けになるだろう
DIYの回転時間には勝てないが、これまで見たあらゆる工程には気に入らない部分があった。
ファイバーレーザーは例外かもしれないが、その分野はよく知らない
こうしたHacker Labを整えるには、ハードウェア機材だけでも 5万ドル を少し超える費用がかかるようだ。
近いうちにコストがさらに下がることを願う
この試みが成功してほしいが、どんな落とし穴があるのかはよく分からない
少量生産でも5万ドルを超えそうだが、比較基準がない
半導体の専門家の立場から見ると、既存の半導体プロセスを縮小してみようというアプローチは適切ではない。
複雑すぎるからだ。
有毒なフォトレジストや現像液、致命的なプラズマガスのようなものを使わないよう、試薬の単純さ に最適化された新しいツールが必要だ。
あるいはそうした工程が必要なら、ローカルラボから切り離せるようにすべきだ。
例えば酸化膜や金属がコーティングされたシリコンウェハーは、今でも普通に買える
金属層待ちのNANDゲートの海を用意し、配線はFIBと絶縁で処理できそうだ
DIY ASICが現実になるよりずっと前に、大規模ファブのほうがより安価で簡単な シャトルサービス を提供するようになるだろう
成功してほしいが、人間サイズの機械でマイクロ/ナノスケール構造を作ることは、趣味人よりはるかに資金力のある人たちにとっても常に難しかった。
最近 DNA指向結晶成長 を知り、大きな存在が小さなもの、たとえば集積回路を作るうえで、より扱いやすいアプローチになり得るのではないかという考えに興味を持った。
ガレージでどう実現できるのかは分からないが、精密制御が必要な段階を機械ではなく化学物質の中にプログラムするほうが有利に思える
リソグラフィなしでこうした ナノデバイス を作る方法が本当に必要だ。
DNAのようなものを使って表面に情報を伝えれば、小さくして広く拡張するほど、はるかに簡単で効果的かつ堅牢に見える
どんな技術でも 計測 が支配的な問題領域になる。結局のところ、「どこで再現可能な精度を得るのか？」に答えなければならないからだ。
234nm未満の線幅を出せる低スループットのラボ工程もあるが、クリーンルームは機械の一部と見なすべきだ。
雰囲気とガスの質量流量制御を維持する方法を見つけるのに何年もかかることがある。
コミュニティ設計のハードウェアを、元の趣味家たちをクレジットせずに売るのはかなり厚かましい。
投稿されたものの中で新しい、あるいは斬新に見えるものはまったくない
低コストな家庭向けIC開発は農業にこそ必要だ。
現在そして将来の農機を考えると、デジタル化されていて、農機自身を修理・改造できる能力を提供すべきだ
2ドル未満でESP32より強力なチップを作れるはずもないのに、ICを自作することがどう役立つのだろうか？
あるいはサービスセンターに行って300〜500ドル払わなくても車両の最高速度を変更できるようにするべきだ。
農家にそうしたことすら許さないのに、なぜ低コストな家庭向けIC開発の話をするのかわからない
残念ながら、これは正しい方向への一歩ではあるが、目標まではまだ遠い。
農家に納屋に趣味用のICファブを作るための余剰資金5万ドルがあるわけではない
ここでの問題はチップを作ることではない
とても興味深いプロジェクトだが、「私たちはすべてDiscordでやり取りしている」という部分は引っかかる。
ウォールド・ガーデンで検索しにくいコンテンツなのに、オープンソースのようなDIYの試みに見えるものになぜそれを使うのかわからない