Trung Quốc xây dựng 700 nhà máy đốt rác trong 6 năm qua

ngày 15 tháng 11 năm 2019 đài BBC đăng tin, bãi chôn lấp rác Giang Thôn Câu ngoại ô thành phố Tân An tỉnh Thiểm Tây đã hết chỗ chứa, sớm 25 năm so với kế hoạch
năm 2019 Trung Quốc có 400 nhà máy đốt rác lấy điện, một nửa rác thải rắn đô thị Trung Quốc được xử lý bằng cách đem đốt
năm 2025 Trung Quốc có hơn 1137 nhà máy đốt rác, với 80% rác thải rắn đô thị Trung Quốc được đem đốt
công suất đốt rác Trung Quốc đạt 1.2 triệu tấn/ngày nhưng chỉ 70 vạn tấn rác/ngày được thu gom, cho nên các quận huyện Trung Quốc đang đào lên những bãi chôn lấp rác cũ (để đem đốt)

Nhiệt lượng, tro xỉ, khí carbonic
đốt rác làm giảm thể tích và khối lượng rác, tiết kiệm đất trống làm bãi chôn lấp
việc đốt rác cũng giúp đốt những rác hữu cơ (trong điều kiện thiếu ôxy sẽ sinh ra khí methan dễ cháy nổ) và ngăn ngừa rủi ro sạt lở (bãi chôn lấp)
ngày 20 tháng 12 năm 2015 bãi chôn lấp Yulong (Thâm Quyến) sạt lở, 73 người thiệt mạng

Lò đốt hố-hở
open-pit incinerator xuất hiện trong bộ phim "Câu chuyện đồ chơi" phần 3
rác được thả vào một hố sâu hình chữ nhật, làm bằng bê tông chịu nhiệt hoặc thép, không có mái trần
ở miệng hố, một quạt công suất lớn sẽ thổi cắt ngang qua, tạo thành một màn không khí (air curtain) vừa cấp ôxy vừa thổi khói/tro ngược xuống lòng hố

Lò ghi động
công nghệ "điện rác lò ghi đẩy" đốt rác trên một sàn kim loại chuyển động tịnh tiến liên tục
trên sàn, rác trải qua 3 công đoạn: thứ nhất là bước sấy khô, bởi khí nóng từ trên cao và lửa từ dưới "ghi" (grate)
công nghệ "điện rác lò ghi động" không cần bước băm (shred) rác
thứ 2 là một buồng đốt: khí thải bay qua "buồng đốt" trong ít nhất 2 giây ở nhiệt độ 850-1100 độ C
nếu rác được coi là "độc hại", ví dụ nhựa chứa clor, nhiệt độ "buồng đốt" sẽ cao hơn
tro sẽ rơi xuống một máng xả (chute), năng lượng sẽ rời lò dưới dạng "khí ống khói" (flue gas) để đun nước trong một lò hơi (boiler)
hơi nước sẽ cho quay một tuốc-bin trước khi cho trở lại thể khí, trong khi "khí ống khói" đi vào các hệ thống lọc (post-processing) trước khi thoát ra ngoài ống khói

Lò tầng sôi tuần hoàn
CFB (circulating fluidized bed) có một lớp vật liệu nền chịu nhiệt (cát thạch anh hoặc tro xỉ) dưới đáy buồng đốt
từ dưới gầm lò, một dòng không khí áp suất cao sẽ thổi những hạt vật liệu nền chịu nhiệt này bay lơ lửng, trông giống một chất lỏng đang sôi
trong lò, rác va đập và tiếp xúc nhiệt với những hạt vật liệu nền chịu nhiệt này (nhiệt độ 800-900 độ C)
hạt rác chưa cháy hết và hạt "vật liệu nền chịu nhiệt" (cát) nhẹ sẽ được dòng khí đẩy bay lên đỉnh lò, một bộ tách gió lốc xoáy (ảnh dưới: cyclone separator có hình cái phễu) bẫy và dẫn ngược trở lại đáy lò

nhà máy đốt rác lấy điện, ngày nay có hiệu suất 30% tức là thấp hơn nhà máy nhiệt điện hóa thạch hiện đại (40%) bởi vì hơi nước ở nhà máy đốt rác sẽ chỉ nóng 400 độ C so với con số 600 độ C ở nhà máy nhiệt điện, bởi vì "khí ống khói" có tính "ăn mòn" (corrosive) do chứa clor

Rác nhựa, giấy, kim loại
năm 1981 Trung Quốc thu gom được 26 triệu tấn rác rắn đô thị, trong khi Hoa Kỳ thu gom được 151.6 triệu tấn rác đô thị, bất chấp dân số Hoa Kỳ chỉ bằng 1/4 Trung Quốc
mở cửa, rác Trung Quốc tăng 8-10% hằng năm
năm 2004 đại lục đã vượt Hoa Kỳ trở thành quốc gia xả rác rắn đô thị nhiều nhất
năm 2014 rác rắn Trung Quốc đạt 178 triệu tấn
năm 2018 ngân hàng Thế Giới dự đoán năm 2030 Trung Quốc sẽ vứt nhiều rác gấp đôi Hoa Kỳ

Màng địa kỹ thuật
thuở đầu, các bãi chôn lấp đã sử dụng một lớp lót chống thấm (liner) bằng bê tông, nhưng không ngăn được hóa chất rò rỉ từ rác xuống các tầng nước ngầm
thập niên 1990 lớp lót chống thấm (liner) bắt đầu được làm bằng HDPE (polyethylene mật-độ-cao)
trước khi đào một hố chôn lấp rác, chính quyền thành phố sẽ phải tốn nhiều năm khảo sát môi trường và các tầng nước ngầm, rồi xây dựng đường xá, xây dựng lớp lót chống thấm, hạ tầng xử lý khí thải, lắp đặt thiết bị giám sát
200 thành phố Trung Quốc bị vây quanh bởi những bãi rác tự phát
những đại đô thị như Tokyo, Seoul và Singapore đã xây dựng nhà máy đốt rác, và Trung Quốc đã học theo

Ủ hoai mục
năm 1985 Mitsubishi Heavy Industries xây dựng nhà máy đốt rác 500 tấn/ngày thành phố Thâm Quyến
thập niên 1970 Mitsubishi Heavy Industries mua giấy phép công nghệ đốt rác này từ tập đoàn Martin (Đức) cho Nhật Bản

năm 2002 chỉ 3.7% rác Trung Quốc được thu gom đem đốt, chỉ 7% làm phân hữu cơ hoai mục, còn lại 85% đem chôn
bấy giờ Trung Quốc ít đốt rác 1 phần vì quốc gia còn nghèo, chủ yếu rác hữu cơ, mà rác hữu cơ có 60-80% là nước, tản nhiệt tốt, làm giảm giá trị đốt rác
năm 2018 ngân hàng Thế Giới xuất bản "Guides for Solid Waste Management Technologies" cho "Decision Maker" đã ước tính chi phí nhà máy đốt rác 66000-120000 USD/tấn, có thể lên đến 365000 USD/tấn
trong khi đấy, một bãi chôn lấp sẽ tốn 5000-20000 USD/tấn rác
năm 2011 đạo diễn Vương Cửu Lương trình làng bộ phim tài liệu "Lạp tịnh vi thành" (rác vây Bắc Kinh) trong đó Vương Cửu Lương lái xe máy quanh Bắc Kinh và định vị 450 bãi rác tự phát trên Google Maps
bộ phim "Lạp tịnh vi thành" cũng miêu tả những người dân nghèo nhặt rác ở những bãi rác ấy với hi vọng tìm được thứ đem bán, rồi những hình ảnh động vật ăn túi nilon

Rác là tài nguyên
năm 2011 kế hoạch 5-năm lần thứ 12 của Trung Quốc nêu rõ: khả năng xử lý rác quốc gia đang không kịp đáp ứng tốc độ đô thị hóa
tháng 4 năm 2012 Trung Quốc ban hành chính sách thuế, tạo động lực kinh tế cho việc đầu tư nhà máy đốt rác lấy điện
chính sách đã nêu: mỗi tấn rác rắn có thể cung cấp 280 kiloWatt-giờ điện
chính phủ Trung Quốc hứa tài trợ những nhà máy điện rác 0.65 nhân dân tệ cho mỗi kiloWatt-giờ điện trong 280 kiloWatt-giờ điện sản xuất được, tương đương 182 nhân dân tệ cho tổng số 280 kiloWatt-giờ điện sản xuất nhờ đốt 1 tấn rác, con số được chính sách "đảm bảo" (lock in)
tài trợ được cung cấp bởi các chính quyền địa phương, một phần bởi "phụ phí điện lực quốc gia" (national power surcharge)
đốt mỗi tấn rác, bên cạnh 280 kiloWatt-giờ điện, điện dư ra sẽ được mua lại ở mức giá chuẩn điện-than địa phương (0.25-0.45 nhân dân tệ mỗi kiloWatt-giờ tùy địa phương)

Thu gom, vận chuyển và xử lý rác thải sinh hoạt
thành phố Trung Quốc đấu giá dịch vụ waste disposal ở mức giá khởi điểm 60-160 nhân dân tệ mỗi tấn rác
nhà máy điện rác cũng có thể bán nhiệt năng sưởi ấm các hộ gia đình, thu phí xử lý bùn thải công nghiệp, bán điện cho các trung tâm dữ liệu, bán xỉ kim loại (slag)
tổng cộng, nhà máy điện rác đạt doanh thu 250-350 nhân dân tệ mỗi tấn rác; chi phí khấu hao 200 nhân dân tệ mỗi tấn rác, theo ước tính của các nhóm công nghiệp
nhà máy điện rác cũng được hưởng "hoàn thuế" giá trị gia tăng, trả sau vài năm

Đối tác công-tư
nhà máy điện rác chủ yếu được xây dựng theo hình thức hợp tác công-tư BOT (build-operate-transfer): doanh nghiệp sẽ ký một hợp đồng nhượng quyền (concession) với chính quyền địa phương, rồi doanh nghiệp sẽ gọi vốn (phát hành trái phiếu) rồi xây dựng nhà máy
hoàn thiện, doanh nghiệp sẽ vận hành nhà máy trong thời gian nhượng quyền, hi vọng thu về đủ lãi
sau 20-30 năm nhượng quyền, doanh nghiệp sẽ chuyển giao tài sản cho chính quyền
với việc trợ cấp 182 nhân dân tệ trong số 250-350 nhân dân tệ doanh thu mỗi tấn rác, chính phủ Trung Quốc đã tài trợ hơn nửa doanh thu
hơn 20 công ty đại chúng Trung Quốc vận hành nhà máy điện rác, lớn nhất là Everbright, Chongqing Sanfeng, Shanghai Environment Protection Group và Zheneng Jinjiang Environment

Buồng đốt phụ
tiếp xúc ngắn-hạn lẫn dài-hạn với khí thải từ nhà máy điện rác sẽ dẫn đến những bệnh mãn tính, như bệnh viêm phế quản, và những bệnh hô hấp và bệnh tim mạch, như bệnh ung thư phổi
nhà máy nhiệt điện thải khí gây ra hiện tượng "mù khô" (haze) và "khói sương quang hóa" (smog) làm hại sinh vật sống trong khu vực
hiện nay, nhà máy điện rác đã trang bị "buồng đốt phụ" (afterburner zone) đốt lại "khí ống khói" và hạt muội than chưa cháy hết
nhà máy điện rác cũng lắp đặt những bộ lọc, lọc giữ những hạt lớn hơn một kích thước nhất định

Đốt nhựa
hạt kích-thước-nanomet có thể xuyên qua lông mũi và qua họng để trực tiếp đi đến phổi
"khí ống khói" chứa axit hydroclorua, lưu huỳnh điôxit, lưu huỳnh triôxit, ôxit nitric... chưa kể những kim loại nặng (đồng)
đốt nhựa chứa cror, nhà máy điện rác sẽ thải ra dioxin và furan
người ta đã biết 75 dioxin và 135 furan, những chất này "kháng phân hủy quang học" và sẽ tích lũy trong vật nuôi và thực phẩm, gây bệnh sinh lý, suy giảm hệ miễn dịch, khả năng bệnh ung thư
triết lý hiện đại là sử dụng nhiều cách tiếp cận: nhiệt độ cao (ít nhất 2 giây ở 1000 độ C), chất xúc tác (catalyst), bộ lọc... để giảm dioxin
chưa kể những phụ phẩm nữa: thủy ngân, lưu huỳnh điôxit, axit hydroclorua

Né tránh hạ tầng độc hại gần nhà NIMBY
đầu năm 2026 chính quyền thành phố Seoul cấm chôn lấp rác thải rắn nếu chưa được đốt, cụ thể ở Gyeonggi và Incheon
năm 2022 dự án nhà máy đốt rác mới ở quận Mapo đã bị tòa án Seoul bác bỏ
tháng 3 năm 2026 Seoul từ chối phúc thẩm lên tòa án tối cao, và chính thức hủy dự án, dự kiến xử lý 1000 tấn rác/ngày
quận Giang Nam (Gangnam) đã có nhà máy đốt rác, hiện cũng đi vào ngõ cụt
tháng 12 năm 2013 nhà máy đốt rác rắn đô thị Giang Kiều (Shanghai Jiangqiao MSW incineration plant) nổ khí methan tích tụ bên trong nhà máy, chết 3 người
cuối năm 2014 dân số Hàng Châu đạt 8.9 triệu với 75% là dân thành thị
năm 2014 Hàng Châu thải 9055 tấn rác rắn đô thị, tăng 10% mỗi năm, và đã có 4 nhà máy điện rác, tổng công suất xử lý 4600 tấn rác/ngày và một bãi chôn lấp Thiên Tử Lĩnh (Tianziling) công suất 1920-4000 tấn rác/ngày dự kiến năm 2019 đóng cửa
trong đó, nhà máy điện rác Dư Hàng Cẩm Giang (Yuhang Jinjiang) thiết kế đã cũ, công suất 400 tấn rác/ngày và cũng bị cư dân lân cận phản đối

Hàng Châu Thành Đầu (Hangzhou Urban Construction Investment Group Co., Ltd)
tháng 4 năm 2014 chính quyền Hàng Châu công bố dự án nhà máy đốt rác ở quận Dư Hàng (Yuhang) công suất 3000 tấn rác/ngày
Hàng Châu là nơi đặt trụ sở Alibaba Group, DeepSeek và UniTree... và cũng là nơi trồng chè Long Tỉnh trong khi nhà máy đốt rác mới chỉ cách 32 km về phía Tây Nam
2 vạn người Hàng Châu ký "thỉnh nguyện thư" (petition) phản đối dự án, chính quyền thành phố tổ chức họp báo hứa hẹn hợp tác với người dân
mặc dù đã có thiết bị địa chất được đưa đến địa điểm khảo sát, cộng đồng mạng xã hội đã bắt đầu đồn đoán, biểu tình đã diễn ra hằng ngày
tháng 5 năm 2014 hàng vạn người Hàng Châu đụng độ công an, gây thiệt hại tài sản
người biểu tình đã chặn đường cao tốc Dư Hàng và thượng-cẳng-chân hạ-cẳng-tay với công an
truyền thông nhà nước đã đăng tin 39 người bị thương, chính quyền Hàng Châu hứa dừng dự án và thực hiện một quy trình ra-quyết-định hợp pháp
một nhóm nhỏ trong chính quyền địa phương đã khảo sát thực địa, chọn những địa điểm "kỹ thuật" (technocratic ground) bên trong mỏ khai thác đá Cửu Phụng (Jiufeng) cũ, có thể tiếp cận mà không cần đi qua đường dân sinh
quá trình khảo sát đã không được minh bạch, rồi chính quyền Hàng Châu đã thúc đẩy dự án mà không có lấy ý kiến công chúng
tháng 10 năm 2013 doanh nghiệp nhà nước Hàng Châu Thành Đầu thành lập công ty con TNHH Năng lượng Môi trường Cửu Phụng Hàng Châu (Hangzhou Jiufeng Environmental Energy Co., Ltd.) đứng tên chủ đầu tư lập quy hoạch lựa chọn mỏ đá Cửu Phụng làm địa điểm xây nhà máy đốt rác ở quận Dư Hàng
dự án được hợp vốn bởi 3 doanh nghiệp nhà nước, đều là công ty con của Hàng Châu Thành Đầu: tập đoàn Nhiệt điện Hàng Châu (Hangzhou Thermal Power Group), tập đoàn Môi trường Hàng Châu (Hangzhou Environment Group) đơn vị trực tiếp quản lý bãi chôn lấp Thiên Tử Lĩnh (Tianziling), công ty cầu đường Hàng Châu (Hangzhou Road & Bridge Co., Ltd.)

EIA (environmental impact assessment)
sau tháng 5 năm 2014 diễn ra bạo động, chính quyền Hàng Châu mời tập đoàn China Everbright trụ sở Hồng Kong về thay Hàng Châu Thành Đầu làm cổ đông chiến lược nhà máy đốt rác ở quận Dư Hàng
nhân viên chính quyền Hàng Châu viếng thăm và phỏng vấn 25000 người, thu nhận 500 đơn kiến nghị và thư khiếu nại
thành phố Hàng Châu cam kết một mức phí đổ rác để tài trợ dự án, người dân địa phương được thuê làm giám sát
quận Dư Hàng hứa trả 360 triệu USD trợ cấp du lịch và hạ tầng
chính quyền Hàng Châu và Everbright tổ chức những buổi điều trần (hearing) nơi các chuyên gia Everbright trả lời câu hỏi
nửa cuối năm 2014 đâu đó 5000 cư dân Hàng Châu được xe buýt chở đi thăm quan các cơ sở Everbright, được nhìn tận mắt những thiết bị giám sát tự động
tháng 4 năm 2015 dự án được khởi công lại
tháng 11 năm 2017 nhà máy đi vào hoạt động

Bùng nổ điện rác
chính quyền trung ương Trung Quốc đã đặt mục tiêu công suất đốt 591000 tấn rác/ngày vào năm 2020
tháng 12 năm 2017 chính phủ Trung Quốc ra lệnh các chính quyền tỉnh đến năm 2018 hoàn thiện việc lựa chọn địa điểm
từ năm 2013 đến 2017 hằng năm Trung Quốc chỉ thêm 41 nhà máy điện rác mới
cuối năm 2017 Trung Quốc có 360 nhà máy điện rác
giữa năm 2019 truyền thông nhà nước Trung Quốc đăng tin 400 dự án nhà máy điện rác đang-dang-dở
năm 2020 Trung Quốc có 462 nhà máy điện rác đang hoạt động, tổng công suất 58 vạn tấn rác/ngày, đã đạt mục tiêu quốc gia, nhưng phân bố không đều: miền đông Trung Quốc đạt mục tiêu điện rác, trong khi miền Tây và miền Trung không đạt
chính quyền trung ương Trung Quốc nâng mục tiêu lên đến 80 vạn tấn rác/ngày với nỗ lực tập trung vào vùng nông thôn, và thay đổi cấu trúc trợ cấp: nhà máy đi vào hoạt động sau tháng 1 năm 2021 sẽ không còn nhận trợ cấp 0.65 nhân dân tệ, và tiền trợ cấp sẽ giảm sau 82500 giờ hoạt động, và tiền hoàn thuế giá trị gia tăng cũng giảm
năm 2023 tất cả dự án đã được công bố khánh thành
cuối năm 2024 Trung Quốc hoạt động 1137 nhà máy điện rác, trong đó 60% công suất ở 5 tỉnh Chiết Giang, Giang Tô, Quảng Đông, Sơn Đông và Phúc Kiến
từ năm 2023 đến 2025 viện nghiên cứu E20 báo cáo, tỷ lệ tối ưu công suất 60% là con số trung bình các nhà máy điện rác Trung Quốc, cao nhất hơn 80% trong khi thấp nhất chỉ 24%
16% số nhà máy điện rác Trung Quốc chưa đến 50% tỷ lệ tối ưu công suất

Nấu luyện (smelt)
ngày 14 tháng 9 năm 2025 tờ báo Financial Times trích lời tổng thư ký Trương Tĩnh Ninh (Zhang Jingning) trung tâm Sinh thái Vu Hồ: "giảm rác thải là điều tốt... môi trường đang cải thiện"

TSMC (Taiwan semiconductor manufacturing company) tận dụng hạ tầng chéo-node trong khi xây dựng 3 nhà máy Đài Loan mới

Fab 20 ở Bảo Sơn (Tân Trúc) đã xong giai đoạn 1 trong tổng cộng 4 giai đoạn
Fab 22 ở Nam Tử (Cao Hùng) đã xong giai đoạn 1 trong kế hoạch 5 giai đoạn
Fab 25 ở Đài Trung vừa giải phóng mặt bằng
chưa kể những xưởng đóng gói, ví dụ AP7 ngay cạnh chi nhánh phía Nam của bảo tàng cung điện quốc gia ở thành phố Gia Nghĩa
năm 2026 TSMC đầu tư 60 tỷ USD vốn
Che-Chia Wei nói rằng khoản đầu tư TSMC bỏ ra năm 2026 sẽ phải đến năm 2028 mới phục vụ thị trường

Node quy trình
"node quy trình" là những dây chuyền sản xuất được thiết kế bởi mối quan hệ đối tác với khách hàng
căn bản, khi TSMC bắt đầu một node quy trình, phòng nghiên cứu phát triển sẽ trình một tập hợp các công nghệ cho những nhân viên phát triển kinh doanh
phòng phát triển kinh doanh sẽ lựa chọn và bán cho khách hàng, theo đó cũng sẽ định giá "gói công nghệ" ấy
TSMC có N3 đến N3E đến N3P đến N3X đến N3C trong khi N2 cũng đã tách ra N2P đến N2X đến A16
sau khi "node quy trình" được đưa vào xưởng đúc (fab), đội ngũ sản xuất sẽ tiếp tục làm việc và thử nghiệm để tối ưu những cải thiện về mặt hiệu suất
sau nhiều tháng, hiệu suất sẽ được cải thiện đến đâu đó 8x%
đã nhiều lần xảy ra, khi đội ngũ sản xuất đã cải thiện hiệu suất tốt đến nỗi ban lãnh đạo đã quyết định "đóng gói lại" và đổi tên node thành node mới, ví dụ N6 được sinh ra từ N7
đội ngũ sản xuất, thậm chí, từng giữ lại một số cải thiện đã được phát hiện, tiết kiệm cho node tương lai

Phương thức hoạt động
một xưởng đúc (fab) có một tập hợp những công cụ
wafer được truyền qua xưởng fab, đến những công cụ và được xử lý bởi những công cụ ấy theo một công thức đã được thiết kế sẵn
cách thức vận hành TSMC thông thường xây dựng fab mới hoặc công đoạn fab mới cho node quy trình mới
ví dụ Fab 15 trên núi ở Đài Trung được gây dựng cho N7 trong khi Fab 18 ở Đài Nam cho N5
trong khi ấy, Intel thường xây dựng một fab lớn (vỏ/shell) rồi dần dần mang thiết bị đến lắp đặt, hoặc nâng cấp bằng những công cụ mới... khi nâng cấp node quy trình
năm 2025 Intel không sản xuất bộ vi xử lý 45-nanomet nữa, trong khi TSMC - trên lý thuyết - có thể có khách đặt hàng chip này

Kế toán
sau 5-7 năm tính khấu hao, xưởng đúc (fab) khấu hao hết, chỉ còn chi phí hoạt động
thực tế, công cụ hư hỏng và cần bảo dưỡng liên tục... chẳng thế mà Charlie Munger gọi EBITDA (earnings before interest, tax, depreciation & amortization) là "thu nhập nhảm nhí"
mỗi khi một khách 'sộp' nâng cấp node quy trình, ví dụ Apple nâng cấp N7 lên N5, việc sản xuất sẽ rời bỏ Fab 15 (Đài Trung) chuyển sang Fab 18 (Đài Nam)
hiện N2 quá mới và chưa "trưởng thành" cho hầu hết khách hàng có thể mua, và N2 phục vụ bóng bán dẫn cổng-vây-quanh GAA (gate-all-around)
tất cả khách 'sộp' như Nvidia hiện đang mua N3, ví dụ nền tảng Vera Rubin được trang bị chip được sản xuất trên N3
hiện N4 được coi là node tiên tiến (leading edge) mà nhiều khách hàng tương lai vẫn sẽ mua, ví dụ những công ty khởi nghiệp bộ tăng tốc AI
hiện N7 và N6 đã gần 10 năm tuổi, nhưng N7 đắt đỏ và phức tạp cho những khách hàng "sườn sau" (trailing edge) ưa chuộng node quy trình 28-nanomet đã "trưởng thành" cho những thiết kế bóng bán dẫn phẳng
một khi tỷ lệ khai thác công suất fab chỉ còn 60-70%, xưởng đúc (fab) ấy sẽ thua lỗ
đầu năm 2023 thị trường thiết bị di động suy yếu, chip sau-covid vỡ bong bóng, Fab 15 ở Đài Trung giảm chưa đến 70% tỷ lệ khai thác công suất

Tiệm tiến
thiết bị bán dẫn được nâng cấp thành những "lớp"
ở lớp dưới cùng, là những bóng bán dẫn
ở ngay trên lớp dưới cùng, là những lớp "đường dây dẫn" (interconnect) kim loại đồng/nhôm được sản xuất ở một công đoạn "hậu kỳ" sau cùng (back end) dây chuyền
những đường dây dẫn (interconnect) nhỏ nhất ở những lớp kim loại dưới cùng, thường gọi là M1 hoặc M2
ví dụ node quy trình N5 có "đường dây dẫn" M1 đâu đó 28-30 nanomet khoảng cách tâm-đối-tâm (from center to center) được gọi là "metal pitch" (bước răng kim loại)
với những lớp ở trên nữa, đường dây dẫn (interconnect) sẽ rộng hơn
ví dụ, ở lớp kim loại trên cùng, đường dây dẫn (interconnect) bước răng kim loại 1.5-3 micromet
thiết kế "bước răng kim loại" này ở những lớp kim loại "đường dây dẫn" (interconnect) giống nhau ở tất cả những node quy trình A16, N10, N7, N6, N5, N4 và N3
ví dụ, những bước sản xuất ở những lớp bóng bán dẫn (dưới cùng) sẽ khác nhau; nhưng hầu hết những lớp ở trên ấy, ở những node quy trình N4 đến N15, có thể tương tự hoặc thậm chí là giống hệt nhau

Cross-node utilization
năm 2015 phân tích trong một hội thảo trực tuyến, đồng giám đốc Mark Liu điều hành TSMC nhắc đến node quy trình 20-nanomet và 16-nanomet có 95% trùng lặp công cụ
năm 2019 trong một hội thảo trực tuyến, Che-Chia Wei nhắc đến N10, N7 và N7+ có 90% trùng lặp công cụ (N7+ là phiên bản N7 có thêm một lớp EUV phục vụ riêng Huawei)
giám đốc Lora Ho nói rằng N7 và N5 trùng lặp 90% công cụ

Vera Rubin
bùng nổ AI làm tăng nhu cầu công suất N3, may là N3 và N5 trùng lặp 90% công cụ
năm 2024 trong một hội thảo trực tuyến, TSMC công bố đang chuyển đổi N5 sang N3, đánh đổi là làm giảm biên lợi nhuận gộp
quý 1 năm 2024 trong một hội thảo trực tuyến, Che-Chia Wei được hỏi rằng liệu TSMC có định chuyển đổi một phần N7 sang N3, giống như N5 sang N3 đang làm, hay không
Che-Chia Wei trả lời rằng N7 sang N3 sẽ khó hơn, N5 và N3 có nhiều trùng lặp công cụ hơn và đều được đặt ở Fab 18 (Đài Nam nơi một cầu wafer (wafer bridge) có thể được nhìn thấy ở trên cao
N7 đặt ở Fab 15 trên núi (Đài Trung) cách xa Fab 18 (Đài Nam) 161 km tính theo đường chim bay
đầu năm 2025 Che-Chia Wei nói rằng TSMC cần chuyển đổi N5 sang N3 để phục vụ AI (ám chỉ Vera Rubin) trong khi N5 vẫn còn nhu cầu lớn
ngày 17 tháng 7 năm 2025 Che-Chia Wei thông báo TSMC đã tìm ra cách sử dụng N7 cho N5

Dịch vụ CyberShuttle
từ những xưởng đúc chế-tạo-bóng-bán-dẫn (front-end fab) ở Tân Trúc và Đài Nam, wafer được chuyên chở đến những fab đóng gói ở Miêu Lật và Gia Nghĩa để làm CoWoS hoặc InFO
TSMC đưa những hộp chứa mở bọc phía trước FOUP (front opening unified pod) lên những xe tải đã-được-tùy-chỉnh-một-phần
năm 2020 trang esg.tsmc.com (environmental, social, governance) đăng bài viết miêu tả cách thức TSMC cải thiện hậu cần và điều kiện làm việc cho các tài xế
ngày 19 tháng 12 năm 2024 trang wccftech.com (where consumers come first technology) đăng tin TSMC tháng 4 năm 2025 chào bán dịch vụ CyberShuttle gộp các chip thử nghiệm của các khách hàng (Apple...) vào chung một wafer

SK Hynix gọi được 26.5 tỷ USD chứng chỉ lưu ký

ngày 10 tháng 7 năm 2026 SK Hynix lên sàn NASDAQ huy động 26.5 tỷ USD qua hình thức ADR (American depositary receipt)

Chương trình tái cơ cấu các tập đoàn chaebol năm 1997
năm 1998 Hyundai và LG đàm phán việc hợp nhất mảng kinh doanh bán dẫn
năm 1999 Hyundai mua lại mảng kinh doanh bán dẫn LG
bấy giờ Hyundai Electronics nợ đâu đó 13-14 tỷ USD
năm 2000 Hyundai Electronics đạt 1.5 tỷ USD lợi nhuận hoạt động, báo lỗ ròng 2 tỷ USD bởi những chi phí tài chính của khoản nợ tiếp nhận từ thương vụ sáp nhập LG Semiconductor và tổn thất giá trị sau thâu tóm
nửa cuối thập niên 2000 bong bóng dot-com vỡ, các nhà phân tích đã gọi đây là thời điểm tồi tệ nhất cho thị trường DRAM tính từ năm 1985
thiết bị bán dẫn bấy giờ đóng góp 80% doanh thu Hyundai Electronics
năm 2001 đến hạn Hyundai Electronics trả nợ 3.1 tỷ USD
tháng 3 năm 2001 Hyundai Electronics đổi tên Hynix
tháng 8 năm 2001 Hynix chính thức tách khỏi tập đoàn Hyundai Group
tháng 10 năm 2021 ngân hàng Korea Exchange và các chủ nợ khác đã khởi động việc tái cơ cấu Hynix

Micron Technology hỏi mua nhà máy bộ nhớ
sau nhiều vòng đàm phán, lực lượng chủ nợ và lãnh đạo Hynix ký kết MoU không-ràng-buộc bán mảng kinh doanh bộ nhớ Hynix đổi lấy 108 triệu cổ phiếu Micron
cuối tháng 4 năm 2002 hội đồng quản trị 10-người của Hynix nhất trí từ chối đề nghị của Micron
năm 2003 Hynix bán mảng kinh doanh TFT-LCD cho hãng BOE ở Trung Quốc
năm 2004 Hynix tách ra mảng kinh doanh IC hệ thống, sau trở thành Magnachip sản xuất thiết bị bán dẫn điện lực
Magnachip mới hợp tác ST Microelectronics mở fab ở thành phố Vô Tích
năm 2005 lãi cao kỷ lục, cổ phiếu Hynix tăng từ 11 xu lên đến 21 USD
tháng 9 năm 2005 New York Times xuất bản bài báo, gọi Hynix là "ngôi sao lội ngược dòng" và cú hồi phục của Hynix là "phép màu"
năm 2006 giá chip nhớ vẫn cao, thị trường chờ đợi việc ra mắt hệ điều hành Windows Vista
tháng 7 năm 2007 giám đốc Kim Jong-gap công bố dự án mở rộng 300-milimet cả DRAM lẫn NAND, khi DDR2 đang tụt giá bán

Khủng hoảng tài chính năm 2008
năm 2008 Hynix báo lỗ 3.2 tỷ USD, dòng tiền giảm xuống mức nguy hiểm, trong khi Micron cũng báo lỗ 1 tỷ USD và Infineon/Qimonda phá sản
cuối năm 2008 Hynix quay lại tình trạng được cứu trợ, và ít tháng sau, các ngân hàng chủ nợ đã rao bán cổ phần kiểm soát Hynix
năm 1953 thành lập Sunkyoung Textiles làm dệt may
trong 10 năm đầu hoạt động, Sunkyoung mở rộng sang sợi tổng hợp, rồi hóa dầu
năm 1980 Sunkyoung Textiles bắt đầu việc lọc dầu, thời điểm Gulf Oil Corporation bán 50% cổ phần Korea Oil Corporation
chính phủ Hàn Quốc tư nhân hóa Korea Oil, và Sunkyoung Textiles được chọn làm đơn vị tiếp quản, một phần lý do vì chủ tịch Chey Jong-hyon giữ quan hệ thân thiết với Bộ trưởng dầu khí Ahmed Zaki Yamani của Ả Rập Xê Út

Khủng hoảng dầu mỏ thập niên 1970
khi Sunkyoung Textiles chuẩn bị việc lọc dầu, chủ tịch Chey Jong-hyon chốt được Ả Rập Xê Út cam kết cung cấp dầu mỏ và khoản vay đảm bảo 100 triệu USD từ 1 ngân hàng Ả Rập Xê Út cho thương vụ tiếp quản Korea Oil
năm 1994 Sunkyoung Textiles mua 23% cổ phần Korea Mobile Telecom, hãng dịch vụ phát sóng điện thoại di động bấy giờ được chính phủ Hàn Quốc rao bán
gói thầu Sunkyoung Textiles đưa ra giá 415 USD/cổ phiếu, so với mức giá 100 USD/cổ phiếu ở thời điểm công bố việc tư nhân hóa Korea Mobile Telecom, cho nên Sunkyoung bị coi là đã mua "hớ"
bấy giờ Korea Mobile Telecom chào bán máy nhắn tin (pager) và điện thoại ô tô, trong khi Korea Telecom nắm 71% thị phần viễn thông Hàn Quốc

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
tháng 1 năm 1996 SK Telecom chào bán dịch vụ CDMA (code division multiple access) đầu tiên
Chey Tae-won là cháu nội người sáng lập SK (Sunkyoung Textiles) và là con trai của chủ tịch Chey Jong-hyon
tháng 8 năm 1998 Chey Jong-hyon mất vì bệnh ung thư, Chey Tae-won đang làm ở văn phòng chiến lược SK và được thăng chức chủ tịch
thập niên 1970 chủ tịch Chey Jong-hyon thành lập Sunkyoung Semiconductor
năm 2011 Hynix báo lỗ ròng, Elpida bấp bênh
Chey Tae-won bay đến Đài Loan gặp Morris Chang sáng lập TSMC
ngày 26 tháng 1 năm 2026 Chey Tae-won xuất bản sách "the underdog story of SK Hynix: super momentum" nhắc đến câu hỏi đầu tiên Morris Chang đưa ra khi Chey Tae-won mua Hynix là "các ông có làm xưởng đúc (foundry) không?" và Chey Tae-won trả lời "không" đã khiến Morris Chang thoải mái hơn nhiều
trích sách, Morris Chang nói rằng khách hàng là thượng đế, rằng: "suy thoái càng sâu, các anh càng phải kết nối với khách; còn khi kinh tế khởi sắc, đừng bao giờ hành động như kẻ bề trên với khách"
tháng 2 năm 2012 SK thâu tóm xong 21% cổ phần kiểm soát Hynix với giá 3 tỷ USD

Mô-đun vi mạch thành phần
Chey Tae-won bay đi Icheon gặp mặt trực tiếp từng người trong số 100 giám đốc Hynix trong 1-2 giờ
trích sách, Chey Tae-won giải thích chiến lược: "mua lại Hynix, tôi muốn chuyển đổi một hãng sản xuất bộ nhớ hàng hóa thành một doanh nghiệp bán dẫn chính thống với những sản phẩm không thể bỏ qua"
Chey Tae-won tự tay viết một bản ghi nhớ, vạch ra SK Hynix tận dụng những nền tảng công nghệ vững chắc (technology chop) để bổ sung giá trị kinh tế
Morris Chang đề nghị SK Hynix làm việc chặt chẽ với khách hàng ở khâu thiết kế
năm 2006 Bryan Black xuất bản nghiên cứu "die stacking (3D) microarchitecture" thảo luận những lợi ích của việc tách "nguyên khối" (monolith) vi xử lý, và tái tích hợp (reintegrate) thành một chồng die 3D

Học sâu
năm 2006 nghiên cứu Bryan Black cũng nhắc đến lợi ích của xếp chồng die DRAM
ý tưởng như sau: hiệu năng điện toán sẽ tỷ lệ thuận số lượng dữ liệu được lấy ra từ bộ nhớ và đưa đến lõi logic (băng thông), việc di chuyển dữ liệu sẽ tốn điện năng, trong khi toàn bộ hệ thống sẽ hoạt động trong một mức điện năng nhất định, cho nên những mạch logic có thể "nhường" điện năng cho hoạt động di chuyển dữ liệu
chuẩn DRAM mới nhất là GDDR5 không đủ đáp ứng nhu cầu "học sâu" cho nên AMD tiếp cận SK Hynix để đồng-sản-xuất một kiến trúc chuẩn công nghiệp mới

Bộ nhớ băng thông rộng
HBM (high bandwidth memory) xếp chồng nhiều die nhớ DRAM lên trên một die nền logic (base die)
die "nền" được đúc bởi node quy trình logic và sẽ chứa mạch lèo lái bit đến và rời bộ xử lý
ở giữa die bộ nhớ, một vùng (region) lớn với những TSV (through silicon via) dọc sẽ xuyên qua die silic
lỗ thông mạch xuyên silic TSV kết nối những microbump kết nối các die DRAM với nhau
GTX Titan Black có 384 làn truyền dữ liệu với tốc độ 7 gigaBit/giây, tổng cộng 336 gigaByte/giây
tháng 10 năm 2013 JEDEC (joint electron device engineering council) phê duyệt HBM1 có 8 kênh bộ nhớ, được xếp chồng thành 4 tầng die, trong đó mỗi tầng có 2 kênh bộ nhớ, mỗi kênh có 128 làn, mỗi làn di chuyển ở tốc độ 1-2 gigaBit/giây
TSV ngắn hơn nhiều những dây kết nối những DRAM ngoài die, cho nên TSV cải thiện điện trở và điện năng tiêu thụ

Radeon R9 Fury X
ngày 24 tháng 6 năm 2015 AMD trình làng Radeon R9 Fury X có 4 chồng HBM1 tích hợp 22 die khác nhau từ nhiều nhà cung cấp
bấy giờ Bryan Black nói: "chúng ta sẽ chứng kiến thêm HBM trong những sản phẩm AMD. Chúng tôi không phát triển công nghệ này chỉ cho sản phẩm lần này, chúng tôi phát triển cho tương lai"
sau này Chey Tae-won nhớ lại cuộc gặp giám đốc Lisa Su điều hành AMD sau dịp trình làng Radeon R9 Fury X, rằng đã đề nghị nhiều dự án mới, ví dụ một GPU mới, nhưng Lisa Su chủ yếu muốn HBM
bấy giờ SK Hynix có thể đã không hòa vốn đầu tư thiết bị dây chuyền, nhưng Chey Tae-won chiều ý AMD và tiếp tục phát triển HBM bất chấp rủi ro tài chính ngắn hạn

Thị trường ngách
tháng 3 năm 2015 tại hội chợ công nghệ Nvidia, SK Hynix triển lãm wafer nguyên mẫu HBM2 đầu tiên, dự kiến giữa năm 2016 trình làng
cuối năm 2015 Samsung Electronics công bố phát triển HBM2
HBM2 gấp đôi hiệu năng, một phần nhờ tăng tốc độ di chuyển dữ liệu mỗi-đầu-nối (per-pin) thô và băng thông mỗi chồng
HBM1 bán không chạy lắm, đội ngũ SK Hynix tìm cách cải thiện giá thành HBM2 bằng cách đánh cược vào việc nâng cấp từ node quy trình 20-nanomet cao (2x) lên node quy trình 20-nanomet thấp (2z), bỏ qua node quy trình 20-nanomet giữa (2y)
cuối năm 2015 ETNews đăng tin Samsung và SK Hynix đều ở giai đoạn cuối của việc phát triển HBM2 dự kiến năm 2016 sản xuất hàng loạt
thay đổi cấu hình sản phẩm ở những phút cuối, SK Hynix chuyển hướng thiết kế, tốc độ TSV giảm còn 500 megaBit/giây chủ yếu vì điện dung lớn
SK Hynix dự kiến mở bán 2 phiên bản, một 2 gigaBit/giây và một 1.6 gigaBit/giây, nhưng những cập nhật hằng quý sau đó đã liên tục đẩy lùi ngày ra mắt
sau rốt SK Hynix hủy sản phẩm 2 gigaBit/giây
thay đổi thiết kế cập dập cũng khiến SK Hynix không kịp tối ưu việc đóng gói, dẫn đến sự cố: die gãy trong quá trình xếp chồng, die bị cắt sai khỏi wafer
trung bình HBM2 đạt 50% hiệu suất
năm 2018 SK Hynix trình làng HBM2, sản phẩm đã không đạt chất lượng khách hàng
giám đốc Park Sung-wook viếng thăm 1 khách hàng để thảo luận, và được đón nhận bởi "thái độ chỉ trích cay nghiệt"
chậm trễ 1 năm rưỡi, đội ngũ HBM2 thay đổi 3 đời giám đốc thiết kế
cuối thập niên 2010 nhu cầu HBM chủ yếu cho việc "đào" tiền mã hóa
sau khi HBM2 vào sản xuất hàng loạt, SK Hynix đầu tư 400 triệu USD fab đóng gói P&T4
năm 2018 giá bitcoin còn 5000 USD

HBM2E
giữa năm 2018 SK Hynix phát triển bộ nhớ băng thông rộng thế hệ 3 với chú trọng "tất tay" vào hiệu năng, không quan tâm chi phí
HBM2E gấp đôi số lượng TSV, thêm "mối nối" (bump) nhiệt "giả" (không dẫn điện) vừa làm giá đỡ (ở các vùng trống và cạnh rìa) vừa làm cầu dẫn nhiệt bổ sung
thay đổi lớn nhất là ở cách đóng gói những chồng die HBM
so với DRAM thông thường, việc đóng gói HBM đã thêm 100 bước quy trình và lâu hơn gấp đôi
chip được kết nối nhờ những microbump, một đầu hàn (solder cap) được áp lên một cột đồng (copper pillar) bên trong mỗi mối nối (bump)
ghép các die với nhau rồi nung nóng, những đầu hàn sẽ nóng chảy và nối các microbump để kết nối các die
sau khi kết nối, vẫn còn 10-50 micromet khoảng trống giữa các mối nối (bump) sẽ được lấp bởi "chất nhựa đệm lớp lót" (underfill) giảm chấn khi vật liệu co giãn bởi nhiệt
xong, toàn bộ chip được bọc (encapsulate) trong khuôn (overmold)

Ép nhiệt kết hợp màng không-dẫn-điện TC-NCF
SK Hynix sử dụng TC-NCF (thermal compression with non-conductive film) ở bước kết nối (bond) và lấp chất đệm (underfill)
trước khi kết nối (bond), người ta "ép màng keo không-dẫn-điện" (laminate non-conductive adhesive film) làm từ hỗn hợp nhựa epoxy và nhựa acrylic lên một die
sau đó SK Hynix gióng (align), xếp chồng và ép chặt (áp lực 40 cân) những die trong khi nung nóng lên nhiệt độ cao
TC-NCF đã kết hợp các bước kết nối (bond) và lấp đệm (underfill) vào cùng 1 bước duy nhất, sử dụng màng (film) thay vì chất dán (paste) giúp cách điện tốt, giảm rủi ro đoản mạch và làm ra một lớp đồng đều không-lỗ-trống (void)
TC-NCF cần lưu ý đến lực nối (bonding force), nhiệt nối (bonding temperature), tốc độ tăng nhiệt (temperature ramp up) và thời gian lưu nhiệt (dwell time) cho mối hàn nóng chảy để nối
TC-NCF chỉ nối 1 die với 1 die mỗi lần, trong khi HBM chồng 5-9 die trong đó có 1 base die, chỉ cần 1 TSV hỏng kết nối là toàn bộ 9 die vứt đi
HBM2E nhiều TSV và mối nối "giả" trên die hơn HBM2 cho nên cần áp lực cao hơn để đảm bảo tất cả mối nối (bump) kết nối, thêm rủi ro die gãy và vấn đề chất lượng

Hàn nóng chảy hàng loạt kết hợp bơm keo lót mao dẫn MR-CUF
năm 2019 SK Hynix thử phương pháp "hàn nóng chảy hàng loạt" (mass reflow) kết nối tất cả microbump trong cùng 1 bước
với "chất nhựa đệm lớp lót", SK Hynix nghiên cứu phương pháp "bơm keo lót mao dẫn" (capillary underfill) sau MR, bơm chất lỏng underfill ở những cạnh của chip, cho "hiệu ứng mao dẫn" điền đầy underfill vào tất cả các chỗ trống, rồi sấy nhiệt để làm đông cứng underfill lót đệm chip
MR-CUF lặp lại quy trình mao dẫn và sấy cho mỗi die trong chồng, lần lượt

Hợp chất đúc bảo vệ kết hợp nhựa đệm lớp lót MUF
MR-CUF được nửa năm, SK Hynix chuyển sang MUF (molded underfill) kết hợp các bước underfill và overmold nhờ một vật liệu đúc đặc biệt
với MUF thông thường, vật liệu đúc EMC (epoxy molding compound) được đưa vào là một nhựa resin trộn những hạt lấp (filler particle)
EMC chảy qua cả giữa những chỗ trống lẫn lên toàn bộ chip, xong được sấy-nhiệt (heat-cure)
MUF rủi ro tạo ra những chỗ trống (void) cho nên trước đó chỉ được dùng cho những die đơn, chứ không phải DRAM chồng 8-die

Hàn nóng chảy hàng loạt kết hợp nhựa đệm lớp lót bọc khuôn
không tồn tại thiết bị hay vật liệu MR-MUF (mass reflow - molded underfill) nên SK Hynix đồng-phát-triển mọi thứ từ đầu
thiết bị đúc (mold) được sản xuất với hợp tác của Towa, vật liệu EMC được phát triển với đối tác NAMICS và đã cần đế 50 mẻ thử nghiệm
đầu năm 2019 SK Hynix giới thiệu MR-MUF cho khách, khách hàng đã quan ngại
tháng 8 năm 2019 SK Hynix công bố sẵn sàng MR-MUF cho sản xuất hàng loạt HBM2E
năm 2021 SK Hynix trình làng HBM3 với các phiên bản 8-lớp và 12-lớp đạt tốc độ 819 gigaByte/giây

ChatGPT
trước OpenAI, HBM chỉ chiếm 1.5-2% thị phần DRAM
cuối thập niên 2010 ngành đã thống nhất rằng tương lai nằm ở việc phục vụ AI và mô hình học máy cho các thiết bị cận biên (edge) như internet vạn vật, 5G không dây
thay vì HBM3, Samsung chọn tập trung vào HBM-PIM (processing in memory) khắc phục nút nghẽn cổ chai Von Neumann bằng cách tích hợp bộ xử lý AI có-thể-lập-trình vào bộ nhớ, cần nỗ lực phần mềm và một giải pháp suy luận cận biên (edge inference) phù hợp cho tác vụ nhận diện giọng nói hoặc thị giác máy tính
tháng 9 năm 2022 SK Hynix công bố mở rộng xưởng đúc M15X ở thành phố Cheongju kế bên M15
sớm sau đó, lỗ sau covid 19 đã buộc SK Hynix tạm dừng M15X để ưu tiên xưởng đúc ở thành phố Yongin dự kiến khánh thành năm 2027
ngày 30 tháng 11 năm 2022 OpenAI trình làng ChatGPT, SK Hynix là doanh nghiệp cung cấp HBM3 duy nhất
quý 4 năm 2022 SK Hynix báo 1.5 tỷ USD lỗ hoạt động, sau đó là 3 quý lỗ nữa
mùa xuân năm 2023 khách hàng săn đón HBM3: cứ mỗi lần Chey Tae-won gặp khách, SK Hynix lại phải đẩy sớm lịch phát triển, đến nỗi Chey Tae-won đùa rằng "sợ" gặp bất cứ ai
xưởng đúc (fab) đóng gói P&T4 (package & test) không đủ đáp ứng HBM3, SK Hynix chuyển hàng trăm thiết bị đến một phòng sạch bỏ trống trên tầng 2 xưởng đúc Cheongju M15, vốn được dự kiến cho NAND, được chuyển đổi sang đóng gói HBM back-end chỉ trong nửa năm
SK Hynix đầu tư 4 tỷ USD tái khởi động M15X cho DRAM
ngày 3 tháng 4 năm 2024 SK Hynix công bố dự án fab đóng gói 4 tỷ USD ở tiểu bang Indiana
với DRAM được bán ở mức giá đắt đỏ, SK Hynix công bố dự án dài-hạn đầu tư 814 tỷ USD cho cụm công nghiệp ở Cheongju và Yongin cùng với một cụm mới ở miền tây nam Hàn Quốc
trả lời phỏng vấn xuất bản sách, Chey Tae-won nhớ lại rằng đã hứa với cha sẽ gây dựng một doanh nghiệp sánh vai các doanh nghiệp Nhật Bản hàng đầu

Máy DAS (cảm biến âm thanh phân tán) cáp quang

5 triệu km cáp quang, tính cả dưới đáy biển lẫn trên mặt đất, hiện nay đã được lắp đặt trên toàn cầu
chỉ trong 6-8 năm qua, các doanh nghiệp viễn thông và công nghệ đã lắp đặt nửa triệu km cáp quang

Phản xạ nội tại
cáp quang có 2 bộ phận: 1 lõi kính có đường kính vài chục micromet và 1 vỏ được làm bằng 1 loại vật liệu có chiết suất (refractive index) thấp hơn lõi
LED hoặc laser được chiếu qua cáp quang, sẽ va chạm biên giới giữa lõi và vỏ: nếu va chạm theo 1 "góc tới" lớn hơn 1 giá trị "góc tới hạn" (được xác định bởi 2 chiết suất) thì LED/laser sẽ phản xạ toàn phần

Sự suy hao
hầu hết "sự suy hao" (attenuation) bị gây ra bởi "tán xạ" (scattering) khiến LED/laser tách ra những tia nhỏ hơn đi theo những "góc tới" nhỏ hơn "góc tới hạn" cho nên bị hấp thụ
có 3 loại "tán xạ" là Brillouin, Raman và Rayleigh

Sóng âm động và sóng dao động phân tử
tán xạ Brillouin xảy ra khi LED/laser tương tác những sóng âm thấp (phonon) trong môi trường kính (medium)
phonon xảy ra bởi nhiệt độ hoặc những chỗ bị "biến dạng" (strain) của sợi cáp quang
tán xạ Raman bởi những dao động phân tử (molecular vibration) trong kính, chủ yếu bởi nhiệt lượng
năm 1930 ngài Chandrasekhara Venkata Raman giành giải Nobel vật lý cho hiện tượng tán xạ này

Mật độ không đều
tán xạ Rayleigh bởi cấu trúc thủy tinh của sợi cáp quang là không đồng đều (do quy trình sản xuất) cho nên ở những vùng biên giới ở giữa 2 vùng chênh lệch chiết suất sẽ hình thành "gương Rayleigh"
trong khi 95-98% ánh sáng lách được qua gương Rayleigh, phần còn lại sẽ tán xạ, trong đó chưa đến 1% hắt ngược về phía nguồn sáng

Alan James Rogers
thập niên 1980 bắt đầu lắp đặt và quản lý cáp quang, sử dụng máy phản xạ đồ miền thời gian quang học OTDR (optical time domain reflectometry) kiểm tra
trước tiên OTDR bắn 1 xung sáng vào cáp quang, rồi lấy 1 diode quang (photodetector) đo lường ánh sáng bị hắt ngược trở lại bởi "tán xạ Rayleigh"
lỗi trong cáp quang (gãy, mối nối kém / poor splice) tạo ra những điểm phản xạ cục bộ (localised reflective point)
tính toán thời điểm những phản xạ hoặc suy hao ánh sáng ấy trở về, máy xác định điểm gây ra trên toàn bộ chiều dài cáp quang
nhờ "tán xạ Rayleigh" ODTR cũng thu được ánh sáng bị hắt ngược về nguồn phát
năm 1981 Alan James Rogers ở phòng nghiên cứu điện trung tâm Vương quốc Anh xuất bản nghiên cứu "hệ thống phản xạ miền thời gian quang-học-nhạy-phân-cực" (polarization-optical time domain reflectometry)
những yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, biến dạng, âm, điện trường) ảnh hưởng sự phân cực của LED/laser qua cáp quang

Tín hiệu stokes và tín hiệu anti-stokes
thập niên 1980 nỗ lực sử dụng "tán xạ Rayleigh" để cảm biến nhiệt độ đã gặp vấn đề truy tìm nguyên nhân (thay đổi nhiệt độ)
Rayleigh làm xuất hiện những đốm sáng (fleck) phân tán trên toàn bộ cáp quang, đặc điểm (profile) ánh sáng hắt lại là tổng tất cả những đốm sáng, quá chung chung để phân biệt được dấu hiệu của nhiệt độ nếu không có cáp quang chuyên dụng
với "tán xạ Brillouin" và "tán xạ Raman", photon bị tán xạ sẽ mất hoặc tăng năng lượng sau khi va chạm phonon, theo đó tăng/giảm tần số... thay đổi tần số này giúp xác định "biến dạng" nhiệt/âm của cáp quang
thập niên 1990 xuất hiện laser có độ-rộng-đường-phổ hẹp hơn, và những máy tính mạnh mẽ hơn vạn lần, cho phép người dùng truy dấu cách thức profile tán xạ Rayleigh thay đổi bởi những biến dạng (strain) cáp quang

Cảm biến nhiệt độ phân tán
giữa thập niên 1980 các doanh nghiệp dầu khí đã ứng dụng cáp quang để quản lý giếng khoan
dưới lỗ khoan (borehole) nhiệt độ 200 độ C và áp suất 2000 bar, khắc nghiệt thế nên người ta đặt thiết bị ở trên mặt đất, thò sợi cáp quang xuống lỗ khoan
cảm biến cáp quang đầu tiên DTS (distributed temperature sensing) cảm biến nhiệt độ nhờ "tán xạ Raman" và tín hiệu anti-stokes
sau nhiều năm, kỹ thuật đã phát triển, từ việc đo lường 1 điểm trên cáp quang, đến đa điểm, cuối cùng đến đo lường liên tục
miễn là biết được chiều dài cáp quang bên trong lỗ khoan, có thể đo nhiệt độ dọc theo chiều dài cáp quang

Đo địa chấn mặt cắt dọc
VSP (vertical seismic profiling) dựng hình ảnh đá quanh lỗ khoan, nhờ những sóng âm gửi xuống mặt đất và đo lường sóng dội lại
việc thu thập dữ liệu đã thường được thực hiện bằng một loạt cảm biến "đầu thu địa chấn" (geophone) bên trong lỗ khoan, nghe được những thứ không thể nghe được nếu geophone ở trên mặt đất
geophone là thiết bị điện tử, để thăm dò 1 địa điểm, người ta thò xuống 7 geophone được nối chuỗi với nhau vào 1 cáp bọc thép
cuối thập niên 2000 Shell và BP triển khai VSP cáp quang, sử dụng "tán xạ Rayleigh" cảm biến sóng âm: sợi quang được quấn quanh vỏ
tỷ lệ tín-hiệu-trên-nhiễu của máy quét quang này không cao bằng geophone, nhưng nhanh và dễ thực hiện khảo sát địa chấn hơn (chỉ 10 phút, so với 10 giờ geophone)
"VSP cáp quang" có "độ phủ" cao hơn: cáp quang gửi 1 vạn lần nhiều dữ liệu hơn mỗi giây, so với một máy cảm biến nhiệt
thập niên 2010 đầu tư dầu khí đã tạo điều kiện phát triển DAS

Cáp quang tối
đầu thập niên 2010 hai đội ngũ 2 trường Berkeley và Stanford ứng dụng DAS cho việc quản lý địa chấn, thay những trạm (đắt đỏ) được cài đặt trên mặt đất
mặt khác, tồn tại số lượng những sợi cáp quang tối, bỏ hoang dưới lòng đất, có thể là kết quả sau khi vỡ bong bóng dot-com nhưng cũng có thể dự phòng các doanh nghiệp viễn thông sử dụng sau này
năm 2019 Jonathan Ajo-Franklin ở phòng thí nghiệm Berkeley ước tính 1 triệu km cáp tối, hằng năm tăng thêm 10-20 vạn km nữa bởi các doanh nghiệp viễn thông

Thiết bị trung tâm phát-thu tín hiệu
động đất có tần số địa chấn rất thấp, khó xác định giữa hỗn hợp chói tai những sóng nhiễu môi trường (xe, tàu)
DAS có một bộ truy vấn quang học và một sợi cáp quang, phát hiện những biến dạng (strain) của đất quanh cáp, qua nhiệt độ hoặc âm thanh
nghiên cứu sinh Eileen Martin trường Stanford trả lời phỏng vấn: "người ta đã không tin máy này hiệu quả... người ta cho rằng một cáp quang không-được-ghép-mạch (uncouple) quá nhiễu"
thử nghiệm đã sử dụng cả cáp quang chuyên dụng lẫn cáp tối, trước hết ở trường đại học, sau đó ở ngoài thực địa, đã truy dấu được hàng trăm trận động đất nhỏ, có động đất ở gần, có động đất ở tận Mexico
Giuseppe Marra dẫn dắt một đội ngũ ở phòng thí nghiệm vật lý quốc gia Vương quốc Anh báo cáo "kỹ thuật giao thoa sóng" (interferometry) sử dụng laser phát hiện động đất dưới đáy biển
từ Vương quốc Anh, mạng lưới Giuseppe Marra phát hiện động đất lớn ở miền trung Ý nhờ sử dụng cáp quang đã không được lắp cho mục đích phát hiện địa chấn
năm 2017 Nate Lindsey dẫn dắt một đội ngũ Berkeley tranh thủ 4 ngày bảo trì cáp ở Vịnh Monterey để thực hiện quét DAS hoàn chỉnh, biến 20 km cáp quang thành 1 vạn cảm biến và ghi nhận 1 trận động đất nhỏ và nhiều vùng đứt gãy dưới đáy biển

Cá voi
năm 1993 Henry Taylor và Chung Lee ở trường công lập Texas A&M đăng ký sáng chế công cụ phát hiên xâm nhập, bằng cách theo dõi ánh sáng hắt ngược trở lại bởi "tán xạ Rayleigh"
nhóm chôn cáp quang ở 1 vùng biên, ai dẫm lên sẽ kích hoạt báo động (sân bay, đường sắt)
mới đây India Railways báo cáo 1 hệ thống DAS phát hiện voi đi qua đường ray xe lửa
năm 2022 DAS phát hiện hàng chục tiếng hát của cá voi tấm sừng ở vịnh hẹp băng hà, chỉ bằng những cáp quang vẫn được lắp dưới đáy biển, giữa những sóng nhiễu (sóng nội tại đại dương, bão, sự vận chuyển trầm tích)
ngày nay, kỹ thuật phát hiện cá voi đã được nâng cấp, với những thuật toán như Grid Search và những bộ lọc như Bayesian Filter

Tàu thuyền
lở đất dưới đáy biển (undersea landslide) có thể gây ra sóng thần và phá hủy công trình ngoài khơi
năm 2021 Diane Rivet dẫn dắt một đội ngũ Pháp xuất bản nghiên cứu cho thấy có thể truy dấu tàu chở dầu nhờ cáp quang đã được lắp ở độ sâu 2000 mét, mặc dù sẽ phát hiện tốt hơn với cáp ở độ sâu 85 mét, vì lý do suy hao
ở độ sâu 85 mét, cáp quang truy dấu động cơ và thiết bị của 1 tàu chở dầu cách xa 2 km

Mảng sonar tự động
mảng sonar tự động với những nốt (node) thu sóng âm dưới nước: dân sự, quân sự... cũng đều đắt đỏ... hệ thống quân sự tốn kém hàng triệu đến hàng tỷ USD
tàu thuyền có thể tắt bộ phát-đáp (transponder) để lẩn trốn vệ tinh truy dấu, nhưng cáp quang vẫn có thể nghe được những sóng âm
cáp quang có thể cảnh báo 1 mỏ neo đang cào/lê quét đáy biển

Đường dây thuê bao số bất đối xứng ADSL

AT&T
từ năm 1887 American Telephone & Telegraph vẫn sử dụng dây đồng
thập niên 2000 đường dây thuê bao số DSL (digital subscriber line) bất đối xứng (asymmetric) kết nối internet hàng triệu người thông qua hàng triệu kilomet dây đồng (copper) vẫn truyền tín hiệu điện thoại

Cáp đồng trục
năm 1948 truyền hình ăng-ten cộng đồng CATV (communitry antenna television) phát sóng đến những nơi hẻo lánh (ví dụ: miền núi)
ăng-ten CATV tiếp sóng và gửi qua những cáp đồng trục (coaxial cable) tách thành những cáp nhánh (tributary cable) đến các hộ gia đình
thuở đầu, Uỷ ban Truyền thông Liên Bang FCC (federal communication commission) kiểm duyệt nội dung CATV
giữa thập niên 1970 FCC nới lỏng CATV dẫn đến việc xuất hiện những kênh nội dung HBO và những kênh truyền hình của ông trùm Ted Turner (sáng lập Turner Broadcasting System) phát sóng trận đấu quyền Anh hạng nặng "Thrilla in Manila" giữa Muhammad Ali và Joe Frazier năm 1975
ngày 30 tháng 10 năm 1984 sắc luật Cable Communications Act xóa bỏ quyền kiểm soát giá cước của chính quyền địa phương, cho các doanh nghiệp truyền hình cáp tự do định giá
từ năm 1985 đến 1990 số lượng những hệ thống cáp Hoa Kỳ tăng 40%

Cáp đôi xoắn
7 doanh nghiệp điều hành khu vực RBOC của Bell (regional Bell operating company) nhận thấy mối đe dọa của các doanh nghiệp truyền hình cáp, vì những dây đồng có thể cung cấp những dịch vụ khác, ví dụ điện thoại
luật chống độc quyền và luật viễn thông Hoa Kỳ ngăn cấm RBOC mua lại doanh nghiệp vận hành truyền hình cáp ở khu vực dịch vụ của chính RBOC cho nên các RBOC phải tự xây dựng
giữa năm 1992 FCC cho phép RBOC phát sóng nội dung qua đường dây của chính RBO nhưng các doanh nghiệp viễn thông không được phép sở hữu nội dung video như các doanh nghiệp vận hành truyền hình cáp, mà RBOC chỉ được truyền tải nội dung của bên thứ 3
các doanh nghiệp viễn thông không có cáp đồng trục (coaxial cable) mà chỉ có cáp đôi xoắn (twisted pair cable) cho điện thoại AT&T lắp đặt từ thập niên 1880
tính theo chiều dài, 99% hệ thống dây đồng AT&T là "chặng cuối" (last mile) dài đâu đó 1 km đến một hộ gia đình

Joseph Lechleider
thập niên 1960 AT&T chuyển đổi mạng lưới từ tín hiệu tuần tự (analog) sang tín hiệu kỹ thuật số
thập niên 1970 mạng AT&T đã có truyền tải và chuyển mạch kỹ thuật số, nhưng vẫn chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tín hiệu tuần tự ở những đoạn dây "chặng cuối"
năm 1980 các kỹ sư Bell Labs nghiên cứu cách thức truyền tải kỹ thuật số từ-đầu-cuối-đến-đầu-cuối
sau đó ít năm Bell Labs thiết lập một chuẩn liên lạc quốc tế ISDN (integrated services digital network) quy định "dây đồng" có 2 kênh "âm thanh" (voice) và dữ liệu (data) mỗi kênh có dung lượng 2-chiều đâu đó 64 kilobit/giây, và một kênh quản lý (overhead channel) dung lượng 16 kilobit/giây
Joseph Lechleider ở Bell Labs sử dụng thuật ngữ DSL để miêu tả những kỹ thuật truyền tải nội dung số qua "cáp đôi xoắn"
thập niên 1960 AT&T đã có đường dây T1 phục vụ doanh nghiệp
ISDN tạo điều kiện cho việc triển khai ra khắp Châu Âu và Nhật Bản
năm 1984 AT&T tách ra thành những RBOC, bản thân Joe Lechleider sang làm ở phòng thí nghiệm Bellcore

Nhiễu chéo đầu-gần(near-end crosstalk)
Hoa Kỳ không đón nhận ISDN một phần vì ISDN chậm, đến nỗi đã bị "người trong ngành" gán biệt danh "cải tiến khách hàng không cần" (innovation subscribers don't need)
vấn đề kỹ thuật NEXT (near-end crosstalk) làm chậm "băng thông" (bandwidth): tín hiệu 1 cặp cáp đôi xoắn (twisted pair cable) ghép mạch (coupling) cặp bên cạnh
khắc phục NEXT bằng cách chia tách những tần số truyền/nhận ở trong dây cáp đồng: lý thuyết là một nửa truyền, một nửa nhận...
Joseph Lechleider thấy rằng "đầu nhận" của "nhà đài" (carrier) luôn "lớn tiếng" hơn "đầu nhận" của hộ gia đình (vì carrier nhận nhiều twisted pair cable hơn, dẫn đến NEXT nhiều hơn)
cho nên Joseph Lechleider đề nghị "phân bổ" phần nhiều hơn "tần số" cho dữ liệu truyền xuống hạ nguồn (carrier đến household), hơn là dữ liệu được tải lên (household đến carrier)
NEXT trầm trọng hơn ở những tần số cao, cho nên những tần số thấp đã được dành cho dữ liệu được tải lên (household đến carrier)

Charles Judice
kỹ sư Charles Judice thúc đẩy thiết kế "bất đối xứng" này
bước tiếp theo là thống nhất một thiết kế mẫu hình (pattern scheme) ánh xạ những bit kỹ thuật số sang tín hiệu tuần tự để gửi qua dây, gọi là "mã hóa đường truyền" (line code)
năm 1993 Bellcore tổ chức "thế vận hội Bellcore ADSL" hay gọi là "Bellcore Shootout" với sự tham dự của 3 line code
AT&T mang đến line code có tên CAP (carrierless amplitude/phase)
Broadcom mang đến line code có tên QAM (quadrature amplitude modulation)
cả CAP lẫn QAM đều gửi tín hiệu analog nhờ một dải tần số lớn (frequency band)
công ty khởi nghiệp Amati của giáo sư John Cioffi trường Stanford mang đến line code có tên DMT (discrete multitone)

Đa kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
DMT phân chia 1.1 megaHertz dải tần (frequency band) dây đồng, thành những lát cắt phổ (slice)
mới đầu DMT tách ra 256 lát, mỗi slice rộng 4 kiloHertz
sau đó DMT tách dữ liệu, mã hóa nhờ QAM rồi truyền tải song song qua mỗi lát cắt phổ... nhiều carrier
trên cùng 1 dây cáp đồng, DMT tăng 50% hiệu năng truyền dữ liệu, lên đến 6 megaBit/giây, nhanh gấp 4 lần hơn những ứng cử viên khác
ở những "lát cắt phổ" tần số cao DMT hạ tốc độ xuống còn 4 bit/hertz để cải thiện tỷ lệ tín-hiệu-trên-nhiễu, trong khi tăng tốc độ ở những "lát cắt phổ" tần số thấp
với hàng triệu đoạn dây đồng được lắp đặt toàn cầu, DMT linh hoạt tối ưu từng "xu hướng nhiễu" từng "dải tần" (frequency band) riêng

Độ phức tạp tính toán
phục vụ 256 kênh song song, DMT cần chip xử lý mạnh mẽ
giáo sư John Cioffi và doanh nghiệp Amati trình làng cho Bellcore ADSL Olympics một nguyên mẫu (prototype)
Alcatel là bên đứng ra sản xuất chip xử lý DMT và những thiết bị đáp-ứng-chuẩn sẽ được bán cho các doanh nghiệp viễn thông
đầu thập niên 1990 kết quả sáp nhập giữa CGE (Pháp) và những tài sản Châu Âu của ITT, Alcatel NV là doanh nghiệp viễn thông lớn nhì thế giới
một nhóm nhỏ ở trung tâm nghiên cứu Alcatel ở Antwerp (nơi nghiên cứu công nghệ truy cập băng-thông-rộng, tập trung vào cáp-đôi-xoắn và cáp quang) bắt đầu một dư án
bấy giờ, tốc độ tối đa của dây cáp đồng đã được ISDN tạo điều kiện, tổng cộng 144 kiloBit/giây
trong giờ cà phê giải lao, Martin De Prycker và Willem Verbiest ở phân nhánh nghiên cứu Alcatel nói về những chuyển đi riêng biệt đến Bellcore năm 1990
cả 2 nhân viên Alcatel đều đã chứng kiến một nguyên mẫu DSL đối xứng băng-thông-rộng to bằng cái tủ lạnh, có thể đạt đế 1.5 triệu bit/giây qua những cáp đôi xoắn
Martin De Prycker và Willem Verbiest được ban lãnh đạo công ty Alcatel cho phép thành lập nhóm 3-người nội bộ nghiên cứu DSL
năm 1991 trong kỳ nghỉ lễ, Willem Verbiest giao cho nhóm những bài báo IEEE để đọc về chủ đề này
tháng 1 năm 1992 nhóm Alcatel bắt đầu nghiên cứu những line code truyền tải single-carrier

Âm hiệu video VDT (video dial tone)
tháng 3 năm 1993 DMT được Bellcore ADSL Olympics lựa chọn, mặc dù AT&T vẫn thực thi CAP với đối tác sản xuất Paradyne, trong khi Nortel phát triển hệ thống lai Etherloop giữa cáp quang và cáp đồng
Willem Verbiest nhớ lại rằng đội ngũ Alcatel đã ngạc nhiên: "tôi họp ở Hoa Kỳ về vấn đề công nghệ và tiêu chuẩn CAP. Chúng tôi đang phát triển CAP với sự hợp tác với Bellcore và chúng tôi đã chắc rằng CAP sẽ trở thành chuẩn mới"
"sau cuộc họp, tôi trở về Bỉ. Khi đến Bỉ, tôi nghe DMT được chọn làm chuẩn thay CAP, tức là chúng tôi đã phát triển nhầm công nghệ"
lập tức Alcatel mua cấp phép và triển khai DMT, mở rộng nhóm của Martin De Prycker và Willem Verbiest thêm 100 nhân sự
năm 1995 Alcatel trình làng ADSL dựa-trên-DMT có một ASIC tuần tự, một bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số, một bộ xử lý kênh... được đúc (fab) bởi node quy trình 0.7 micromet
tháng 10 năm 1995 Alcatel triển lãm một nguyên mẫu từ-đầu-cuối-đến-đầu-cuối ở hội chợ Telecom Geneva
giữa năm 1997 Alcatel chào bán sản phẩm stream cho khách hàng
cuối năm 1996 chuyên gia viễn thông Richard Lipkin nói về video dial tone: "nhu cầu video được kỳ vọng sẽ là làn sóng thời thượng mới... thay vì phải ra cửa hàng video, khách hàng có thể được gửi điện tử các bộ phim đế tận nhà, chỉ cần gọi điện đưa ra yêu cầu"
Richard Lipkin không sai, thị trường video bấy giờ 12 tỷ USD giá trị, hiện nay Netflix thống trị
video dial tone làm gợi nhớ đến truyền hình cáp với hàng trăm kênh: khi truy cập 1 kênh, một danh mục sẽ xuất hiện với nhiều dịch vụ như fax và gửi video điện tử
năm 1995 giám đốc Ray Smith điều hành Bell Atlantic trả lời phỏng vấn tạp chí Wired: "ADSL không phải công nghệ kém - ít nhất không phải là hạng-nhì hay không hiệu quả. ADSL chất lượng tuyệt hảo. Khách hàng có thể xem VCR (máy đầu từ) ảo. Khách hàng có thể tua nhanh hoặc tua lại, và có cả đống kênh. ADSL có máy chủ. ADSL là công nghệ kỹ thuật số"
người dùng thử video dial tone đã ủng hộ quan điểm trên: lag khi-đổi-kênh chưa đến 1 giây, chất lượng hình ảnh và âm thanh đã sánh ngang dịch vụ vệ tinh, chi phí lắp đặt ADSL rẻ hơn đôi chút so với cáp truyền hình
Ray Smith nói: "chi phí lắp ADSL cao hơn nếu tính mỗi hộ gia đình. Nhưng khi mạng lưới cáp đồng được mắc đến một đống nhà, không phải nhà nào cũng lắp truyền hình cáp. Hộ gia đình sẽ chỉ lắp ADSL sau khi đã ký hợp đồng mua dịch vụ"

Doanh nghiệp viễn thông không được phép sở hữu nội dung phát sóng
nhiều xưởng phim đã không phát hành nội dung trên những kênh trên VDT (video dial tone)
trước năm 1996 FCC chưa đặt ra được một bộ luật cho VDT, khiến nhiều carrier bỏ kế hoạch hỗ trợ
năm 1996 quốc hội Hoa Kỳ thông qua Telecommunications Act gỡ bỏ quy định cấm các doanh nghiệp viễn thông sở hữu hệ thống cáp truyền hình khu vực của mình (doanh nghiệp viễn thông)

Dot com
đầu thập niên 1990 Tim Berners-Lee ở CERN trình làng dự án World Wide Web và trình duyệt Mosaic
giữa thập niên 1990 đâu đó 20 triệu hộ gia đình Hoa Kỳ trực tuyến, nhưng ADSL vẫn gặp vấn đề truy cập
hầu hết người Hoa Kỳ truy cập internet qua những modem băng tần thoại (voiceband) tự động gọi đến số điện thoại ISP (internet service provider) yêu cầu thiết lập một kênh mạch thoại (voice circuit)
băng tần thoại voiceband cho phép 3.3 kiloHertz tần số
tập đoàn truyền thông AOL (America Online) ăn nên làm ra, tốc độ modem bị giới hạn 28.8 kiloBit/giây tối đa
cuối năm 1997 modem 56 kiloBit/giây mới được trình làng
năm 1996 US Today trích dẫn nghiên cứu bởi Pacific Telesis trong một khu vực có đường kính 39 km cho thấy 16% các cuộc gọi điện thoại địa phương đã không kết nối được vì lưu lượng internet, so với con số 1% lịch sử các cuộc gọi điện thoại thất bại không kết nối được
Alcatel chuyển hướng ADSL từ video sang băng-thông-rộng trong khi các tập đoàn viễn thông đã lưỡng lự theo chân, một phần vì mới thất bại VDT (video dial tone) xong
đầu thập niên 1990 nhiều doanh nghiệp cáp truyền hình đã chi hàng tỷ USD lắp đặt hạ tầng, đối chọi dịch vụ truyền hình vệ tinh
năm 1996 đạo luật Telecommunications cũng tạo ra hạng mục "nhà mạng điện thoại nội cạnh tranh" CLEC (competitive local exchange carrier) theo đó RBOC buộc phải choi thuê những đường dây đồng và thiết bị cho các công ty khởi nghiệp, những bên sẽ bán lại cho ISP
áp lực cạnh tranh đã đẩy các tập đoàn viễn thông vào mua thiết bị ADSL cho dịch vụ băng-thông-rộng, bao gồm: thứ 1 là những thiết bị đầu cuối tại gia CPE (customer premise equipment) được lắp trong hộ gia đình, bao gồm 1 bộ tách tín hiệu (splitter) và 1 modem ADSL
thứ 2 là những thiết bị viễn thông, ví dụ bộ ghép kênh truy cập đường dây thuê bao kỹ thuật số DSLAM (digital subscriber line access multiplexer)
tháng 8 năm 1996, 4 RBOC là Ameritech, BellSouth, Pacific Bell và SBC Communications phục vụ 65% dân số Hoa Kỳ, đã lập nhóm mua chung JPC (joint procurement consortium)
phân nhánh thiết bị DSL của Alcatel theo đuổi thương vụ, và được cho vào danh sách rút gọn (shortlist) cùng với Westell and Ericsson
tháng 10 năm 1996 Alcatel thắng thầu, dựa trên giá bán và gói giải pháp hoàn chỉnh từ-đầu-cuối-đến-đầu-cuối từ modem đến DSLAM
năm 1999 Hoa Kỳ bắt đầu triển khai ADSL thương mại
năm 2000 nhờ các RBOC tích cực quảng cáo, Hoa Kỳ đã có 2 triệu thuê bao DSL và tăng gấp đôi trong năm 2001 trước khi đạt 12 triệu thuê bao năm 2004 cùng với 15 triệu thuê bao cáp truyền hình
bên cạnh ADSL đứng đầu DSL giai đoạn này nhờ các RBOC hậu thuẫn, những cái tên nhỏ khác có HDSL, SDSL, IDSL và RADSL... khiến một số người gọi ấy là xDSL

Bơi ra biển lớn
sức mua JPC giúp ADSL đủ quy mô ban đầu ở Hoa Kỳ
năm 1999 Alcatel đã bán và lắp đặt xong 1 triệu đường truyền (chặng-cuối)
cuối thập niên 1990 Singtel là bên lắp thử đầu tiên ở ngoài Hoa Kỳ nhưng sớm nâng lên cáp quang
những chung cư và di sản dây cáp đồng ở Hàn Quốc, Nhật Bản và Đài Loan đã thích hợp ADSL hơn
năm 2002 Hàn Quốc có 10 triệu thuê bao ADSL
đầu thập niên 2000 DSL là công nghệ băng-thông-rộng hàng đầu các quốc gia OECD, nhất ở Châu Âu nơi internet cáp quang đã chưa bao giờ được phát triển và các nhà làm luật đã buộc các tập đoàn mở cửa đường dây cho những công ty khởi nghiệp DSL
cuối thập niên 2000 DSL lên đỉnh với 360 triệu thuê bao, với Alcatel nắm 40-50% thị phần
hiệu năng Alcatel nâng cấp được với những cáp đôi xoắn đã đạt 200 megaBit/giây với VDSL2
tháng 9 năm 2025 AOL dừng dịch vụ mạng-quay-số
ngày nay DSL còn 100 triệu thuê bao

Gallium nitride cho tần số vô tuyến

Dự án Wide Bandgap Semiconductor
tiến sĩ Umesh Mishra nói rằng gallium nitride giống như một món quà Chúa tặng loài người... [GaN] cứ không ngừng có công dụng mới và khiến chúng tôi thích thú "sao thứ vật liệu này hữu ích thế"
năm 1875 con một nhà buôn rượu, nhà hóa chất Francois Lecoq de Boisbaudran tách được gallium từ một mẫu khoáng vật (Gallia theo tiếng Latinh nghĩa là Pháp) ở tầng 2 nhà riêng
năm 1932 các nhà khoa học đã cho gallium tinh khiết phản ứng với khí ammonia ở nhiệt độ 1000 độ C thu được gallium nitride
gallium nitride có "khe băng năng lượng" (direct bandgap) lớn gấp 2-3 lần silic, "trường điện từ đánh thủng" cao, độ cơ động electron tốt hơn silic và silic carbide
nhược điểm gallium nitride dẫn nhiệt ở mức trung bình, và khó sản xuất hàng loạt

Đi-ốp phát quang xanh
thập niên 1960 RCA (Radio Corporation of America) nghiên cứu những hợp chất bán dẫn
chủ tịch David Sarnoff đề ra mục tiêu LED thay thế những "bóng chân không" làm màn hình tivi
nhân viên RCA sử dụng gallium arsenic và gallium phosphide sản xuất LED đỏ và xanh lá cây, nhưng vẫn cần LED xanh dương nữa mới đủ
đâu đó năm 1968-1969 James Tietjen chỉ thị nhà khoa học Herbert Maruska làm gallium nitride

Định luật Duane–Hunt
khe năng lượng gallium nitride liên hệ với bước sóng tia cực tím, cho nên gallium nitride thích hợp làm LED xanh dương
để sản xuất gallium nitride, đội ngũ RCA triển khai phương pháp "mọc ghép tinh thể đồng pha hơi-hydrua" HVPE (hydride vapor phase epitaxy)
HVPE đưa khí hydrua qua chất lỏng gallium trước khi trộn với ammonia bên trong một khoang nóng, lớp gallium nitride được cho mọc trên một nền wafer thạch anh
sau khi RCA xuất bản kết quả, Philips ứng dụng HVPE

Mối nối P-N
làm được LED xanh dương, RCA cần một mối nối (junction) giữa vùng pha-tạp-kiểu-N và vùng pha-tạp-kiểu-P
bấy giờ boron đã được dùng để pha tạp silic kiểu-P nhưng chưa tìm được nguyên tố pha tạp gallium kiểu-P, cho nên RCA thử một thiết kế khác là một thiết bị bán dẫn kim loại vật liệu cách điện MIS (metal insulator semiconductor) có gallium nitride pha-thiếc và indium vây quanh gallium nitride kiểu-N
với gallium nitride pha-thiếc, thiết kế đã sản sinh LED xanh lá cây
thay thiếc bằng magie đã sản sinh LED xanh dương
đội ngũ RCA đăng ký sáng chế MIS nhưng ít ứng dụng thương mại, vì MIS hiệu năng thấp và không đủ quy mô cho laser
năm 1971 David Sarnoff mất, James Tietjen bị buộc phải hủy dự án
RCA từ bỏ gallium nitride, đến lượt Bell Labs, Philips, Hitachi và Toshiba cũng bỏ LED xanh dương chứa-gallium-nitride sang những vật liệu khác như thiếc selenide

Buffer
HVPE sản xuất gallium nitride trên nền thạch anh, nhưng gallium nitride và thạch anh có một lệch cấu trúc tinh thể với gallium nitride, cho nên đã ra những thành phẩm có những đốm, rồi những cụm tinh thể nhìn như cái khuôn
thập niên 1960 mọc ghép gallium arsenide, các nhà khoa học đã nghĩ đến "những lớp đệm" (buffer) cho mọc trên nền để hấp thụ những lệch cấu trúc tinh thể, mang lại một nền móng đồng đều hơn cho những lớp tinh thể sau
Hiroshi Amano áp dụng ý tưởng này sang gallium nitride với một phiên bản "lắng đọng hóa hơi CVD kim loại hữu cơ" bấy giờ chưa có tên gọi, với một lớp đệm nhôm nitride ở 600 độ C

Gallium nitride kiểu-P
thập niên 1970 đội ngũ RCA chọn đúng magie, nhà khoa học Herbert Maruska thực hiện phương pháp HVPE với ammonia còn nhiều dị vật trong nước, dẫn đến những nguyên tử hydro tương tác magie tạo ra những "bẫy" ngăn cản gallium nitride kiểu-P được kích hoạt điện
năm 1989 khắc phục vấn đề kích hoạt điện gallium nitride pha-magie, Hiroshi Amano và đồng sự Isamu Akasaki bắn chùm electrom năng-lượng-thấp lên gallium nitride pha-magie và đã trình làng LED xanh dương thiết-kế-mối-nối-PN đầu tiên
năm 1989 LED xanh dương Hiroshi Amano được nhận xét là không được sáng lắm, vì hầu hết ánh sáng phát xạ nằm trong dải phổ cực tím
cuối thập niên 1990 Shuji Nakamura của doanh nghiệp hóa chất Nichia Chemical Industries thay đổi phương pháp ủ chùm electron sang một phương pháp ủ nhiệt đồng đều hơn, sản xuất được một lớp kiểu-P tốt hơn và phát xạ một màu xanh dương sáng hơn
ít năm sau, Nichia Chemical Industries hợp kim hóa gallium nitride với indium nitride để được LED xanh dương DH (double-heterostructure) hạng-Candela ngày nay được sản xuất thành laser được dùng trong máy đọc đĩa, máy chiếu, một số thiết bị đo giao thoa

Đi-ốp phát sáng trắng
để làm LED trắng, LED xanh dương được đặt trong một khoang nửa-trong-suốt được phủ một thứ phospho đặc biệt, vỏ khoang được làm từ yttrium nhôm ngọc hồng lựu YAG (yttrium aluminum garnet) pha-cerium
một số ánh sáng LED xanh dương sẽ thoát được ra ngoài, còn lại sẽ bị YAG pha-cerium phủ-phospho hấp thụ rồi phát xạ ánh sáng vàng-hơi-xanh-lá-cây
năm 2014 Hiroshi Amano, Isamu Akasaki và Shuji Nakamura nhận đồng giải Nobel
năm 1995 trong bài báo giới thiệu Nichia Chemical Industries với sản phẩm LED xanh dương,. tạp chí Wired gọi laser xanh dương "ứng dụng bán dẫn 'khiêu gợi' nhất" và vẽ ra một tương lai LED trắng sẽ thay thế bóng đèn sợi vonfram
George Craford ở HP nói về LED trắng: "chẳng có lý do gì không thể thay thế đèn vonfram bằng LED trong một loạt các ứng dụng... LED sẽ thay thế nhiều thị trường chiếu sáng. Tôi không biết bao lâu nhưng tôi nghĩ sẽ xảy ra"
tác giả Bob Johnstone bài báo Nichia trên Wired năm 1995 cho rằng dự đoán này có phần "cực đoan"
thuở đầu LED xanh dương đã tốn 15 USD chi phí sản xuất, trước khi Cree và chip GaN-trên-silic-carbide của hãng này đã làm giảm giá bán
các doanh nghiệp Nhật Bản, Đài Loan và Hoa Kỳ gia nhập thị trường LED trắng
mới đầu Nichia sản xuất LED trắng cho ra ánh sáng hơi-xanh-dương, trong khi khách mua cho hộ gia đình muốn ánh sáng ấm hơn cho căn nhà
năm 2002 LED đáp ứng nhu cầu ấy, cùng với giá bán liên tục giảm nhờ lực cạnh tranh thị trường và các doanh nghiệp đã cải thiện cấu trúc chi phí sản xuất

Di động
điện thoại sử dụng LED làm màn hình hiển thị, nguồn sáng phím bấm, ánh sáng máy ảnh
năm 2005 điện thoại di động đã chiếm 52% thị phần LED trắng
ngày nay, điện thoại di động đã chiếm 80-85% thị phần LED trắng

Tần số vô tuyến
khi truyền tải tín hiệu không-dây, chip RF (radio frequency) chuyển-đổi-nâng tần tín hiệu băng-gốc (upconvert digital baseband) bằng cách trộn sóng băng-gốc với một tần số mang (carrier) rồi khuếch đại công suất (power amplify) để tín hiệu đến được tháp
khi nhận tín hiệu, chip RF thực hiện ngược lại
từ lâu, bóng bán dẫn RF là thị trường ngách, xử lý tín hiệu ở dải tần số gigaHertz trở lên
thập niên 1980 tivi vệ tinh đã được chào bán trên thị trường dân sự, lần đầu tiên "phá lệ" bóng bán dẫn RF chỉ cho công tác bí mật: radar, radio

Bóng bán dẫn độ-linh-động-electron-cao HEMT
LED xanh-dương cần gallium nitride kiểu-P nhưng RF không cần
cuối thập niên 1970 tiếp bước dự án siêu-mạng-tinh-thể (superlattice) của Leo Esaki và Raphael Tsu ở IBM, Bell Labs triển lãm một cách sản xuất khí electron 2-chiều 2DEG (2-dimensional electron gas)
2DEG là một trạng thái vật chất, theo đó electron tự do di chuyển trên một mặt phẳng
theo đó Bell Labs đề ra cấu trúc bóng bán dẫn HEMT (high electron mobility transistor)
năm 1979 tiến sĩ Takashi Mimura ở hãng Fujitsu đăng ký sáng chế HEMT
cùng năm ấy, đội ngũ Thomson-CSF cũng độc lập đăng ký sáng chế HEMT
HEMT của Fujitsu được làm từ gallium arsenide và nhôm gallium arsenide pha-tạp-kiểu-N
đầu thập niên 1990 có cách làm HEMT từ gallium nitride kiểu-N và nhôm gallium nitride

Cơ quan các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến DARPA
thập niên 1990 hải quân Hoa Kỳ muốn tăng tầm xa radar cho hệ thống phòng thủ và điều khiển tên lửa
hải quân Hoa Kỳ đã tối đa mức công suất của chip gallium arsenide và đang đầu tư những tiềm năng thay thế
thập niên 1970-1980 văn phòng nghiên cứu hải quân ONR (Office of Naval Research) tài trợ nghiên cứu cơ bản nhiều vật liệu bán dẫn khe-vùng-rộng, dưới quyền lãnh đạo của Max Yoder
năm 2002 DARPA (defense advanced research projects agency) khởi động dự án WBGS-RF
qua 3 giai đoạn trong hơn 10 năm, WBGS-RF cải thiện chất lượng mọc GaN, phát triển HEMT hiệu năng cao bền-hơn, trình làng IC vi sóng nguyên-khối (monolithic) hiệu năng cao kỷ lục
thập niên 2010 Raytheon và các nhà thầu quốc phòng Hoa Kỳ tích hợp thiết bị điện tử RF chứa-GaN vào thay gallium arsenide, trong đó có radar phát hiện tên lửa đạn đạo và những hệ thống phá sóng
ở thị trường dân sự, GaN xuất hiện ở những trạm phát sóng milimet (base station)

Sạc pin
bên trong bộ sạc pin có những bóng bán dẫn công suất
bóng bán dẫn RF phục vụ tần số cao và hiệu quả chuyển đổi điện DC thành tần số RF
bóng bán dẫn công suất là công tắc điện áp cao, kháng trở càng thấp càng tốt, trạng thái "đóng" cần chặt để không rò điện, gọi là "bóng bán dẫn e-mode" (enhanced-mode)
từ khi thyristor xuất hiện, bóng bán dẫn công suất đã được sản xuất từ silic
silic có "trường đánh thủng thác lũ" (avalanche breakdown field) chỉ 0.3 megaVolt/cm trong khi của GaN cao gấp 10 lần, nhờ có "khe vùng" (bandgap) rộng hơn
năm 2010 bộ sạc pin đã có GaN
năm 2018 Navitas Semiconductor trình làng chip GaNFast trang bị sạc nhỏ gọn cho những hãng sản xuất thiết bị gốc OEM (original equipment manufacturer) như Xiaomi, Samsung và Oppo
phục vụ 30-650 volt điện áp, GaN cũng trang bị những bộ khuếch đại âm thanh, bộ cấp nguồn PC

Điện áp cao
silic carbide đang nắm thị trường điện áp cao (xe điện, trung tâm dữ liệu, HVDC, xe lửa) vì silic carbide có MOSFET dọc
HEMT là một thiết bị ngang: cổng, nguồn và máng ở trên một mặt phẳng, với một lớp khí electron ở dưới lớp nhôm GaN
tăng "điện áp đánh thủng" (breakdown voltage) HEMT cần tăng khoảng cách giữa nguồn và máng
ví dụ HEMT ngang GaN có "điện áp đánh thủng" 1200 volt sẽ cần một kênh 16 micromet
bóng bán dẫn "dọc" có nguồn và máng ở 2 phía đối diện của một wafer, nếu muốn tăng "điện áp đánh thủng" thì việc tăng khoảng cách nguồn-máng sẽ dễ

Tăng trưởng GaN tinh khiết
cách "kinh tế" nhất để tăng trưởng GaN là trên nền silic, thạch anh, hoặc silic carbide
thập niên 1960 nhà hóa chất Robert Juza và các cộng sự Đức nghiên cứu kim loại nitrit hòa tan trong amonia lỏng ở áp suất và nhiệt độ cao
năm 1995 đội ngũ Porowski ở viện vật lý áp suất cao Unipress thử dùng amonia siêu-tới-hạn để làm GaN
năm 1999 Robert Dwilinski sáng lập Ammono và đăng ký sáng chế kỹ thuật ammonothermal acidic và basic (chất trợ dung mineralizer như amoni clorua hoặc kali nitric)
năm 2003-2004 doanh nghiệp Ammono hợp tác Đại học Tohoku và UCSB trình làng GaN khối tự đứng (freestanding bulk) kích thước mầm nhỏ, đã có mật độ "lệch mạng tinh thể" (mismatch) chưa đến 10^4 cm^-2
năm 2008 Ammono thương mại các phiến phôi Bulk GaN chỉ 2-inch bằng phương pháp Ammonothermal
ngày nay Mitsubishi Chemical đã mua Ammonothermal về phát triển lò phản ứng autoclave áp suất hơn 200 MPa sản xuất mầm Bulk GaN 4-inch

Mọc ghép tinh thể đồng pha hơi-hydrua
ngày nay HVPE được ứng dụng để sản xuất nền GaN cho sản phẩm GaN-on-GaN
rồi CAVET (current aperture vertical electron transistor) sử dụng GaN kiểu-P pha-magie
tháng 10 năm 2015 onsemi trình làng GaN dọc, phát triển trên nền GaN-on-GaN và xử lý được 1200 volt điện áp

Xếp chồng ô nhớ DRAM

Cấu trúc 1T1C
bóng bán dẫn (transistor) đóng vai trò "cổng" cho phép dòng điện ra/vào tụ điện lưu trữ
tụ điện (capacitor) có 1 cấu trúc giống-như-xi-lanh lưu trữ điện tích
ô nhớ (cell) kết nối 2 dây: một đường dòng (wordline) và một đường cột (bitline)
wordline kết nối cổng của bóng bán dẫn của ô nhớ
bitline kết nối tụ điện qua bóng bán dẫn, điện tích sẽ ra/vào ô nhớ DRAM qua con đường này
thu nhỏ capacitor làm giảm điện dung, giảm mức thay đổi điện áp trên bitline dưới tác động của điện tích, trước và sau khi đi vào capacitor của ô nhớ, và cũng giảm thời gian capacitor giữ điện tích, phải refresh ô nhớ DRAM thường xuyên hơn

Tụ đào rãnh (trench) và tụ xếp tầng (stacked)
tụ trench khắc ăn mòn (etch) xuống tấm nền, bóng bán dẫn ở trên
trước tiên, đào trench, rồi mới lấp vào những vật liệu để làm capacitor, sau đó sẽ làm transistor
tụ stacked được làm ở trên những transistor, tức là sẽ làm transistor trước rồi mới làm capacitor
việc ứng dụng những vật liệu điện môi kim loại hằng-số-điện-môi-K-cao để giữ mức điện dung lớn đã giúp tụ xếp tầng được phổ biến hơn tụ đào rãnh, vì những vật liệu điện môi này dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt, nên phải làm transistor trước capacitor

Ô nhớ 4*F*F
phương pháp in thạch bản (lithography) đã giúp việc in những hố capacitor nhỏ hơn, giảm số bước mặt nạ, và cũng đã tạo điều kiện cho những cấu trúc mới, ví dụ một tổ ong (honeycomb) hoặc một mảng xếp so le (staggered array)
từ năm 2007 ô nhớ DRAM sử dụng một bố cục 6*F*F (6F^2) trong đó F là kích thước chức năng tối thiểu (nửa bước gạch xếp tường / half-pitch)
ô nhớ 6F2 được thiết kế là một diện tích 2F*3F đã dày đặc hơn ô nhớ 8F2 cũ
để làm ô nhớ 4F2, T là một bóng bán dẫn "kiểu cổng dọc" ngay dưới capacitor
cổng của transistor "cổng dọc" không kết nối vật lý với nền silic, cho nên chịu hiệu ứng FBE (floating body effect) tích tụ điện tích ở phần thân (body) bóng bán dẫn
Lam Research dự đoán, năm 2029-2030 khi diện tích mỗi bit đạt 1000 nanomet vuông (32*32 nanomet) thì DRAM sẽ không thu nhỏ thêm được nữa

Bộ nhớ băng thông cao
HBM (high bandwidth memory) xếp chồng các khuôn (die) DRAM và kết nối với những kênh dọc TSV (through silicon vias)
xếp chồng HBM ở cấp độ khuôn (die) nhờ những kỹ thuật đóng gói tiên tiến, ví dụ hàn dính wafer (bonding)
ngành công nghiệp NAND từng gặp vấn đề vật lý với ô nhớ flash phẳng: sau nhiều thế hệ, ô nhớ flash phẳng đã nhỏ đến nỗi, 1 là quá khó sản xuất, 2 là những cổng nổi đã giữ ít electron đến nỗi gây ra lỗi sai số do tính biến thiên (variability error)
NAND 3-chiều đã "thoái hoá" về một ô nhớ flash to hơn và đáng tin cậy hơn, suy giảm mật độ bit đã được khắc phục bằng những tầng (stack) dọc

Quy trình sản xuất NAND 3D
đầu tiên, lắng đọng hàng chục lớp xen kẽ vật liệu điện môi
sau đó, in mẫu (pattern) và đâm xuyên (punch) những kênh qua, rồi sản xuất những bẫy điện tích (charge trap) bên trong những kênh ấy
những quy trình khó, đắt đỏ (in thạch bản, khắc ăn mòn, lấp kênh) được thực hiện như những bước duy nhất; bất chấp NAND có 1, 3, 5 hay 50 lớp thì những quy trình (in thạch bản, khắc mòn) chỉ được thực hiện 1 lần

Tụ xếp chồng ngang
năm 2023 trong một bài blog, Benjamin Vincent ở doanh nghiệp Lam Research đã miêu tả nhiều thử thách sản xuất với khả năng "hạ ngang" tụ giống-như-xi-lanh
để sản xuất những tụ giống-như-xi-lanh được hạ ngang, đầu tiên sẽ lắng đọng những lớp silic và khắc mòn theo chiều ngang (etch laterally) theo những chiều dài khác nhau
cuối cùng, lấp vật liệu vào những hố ấy, hi vọng là ở cùng một quy trình duy nhất
vấn đề ở chỗ, những kỹ thuật hiện nay đang thuận tiện cho việc khắc mòn xuống, thay vì khắc mòn theo chiều ngang
khắc mòn (etch) là việc áp những chất phản ứng (reactant) sâu vào một khoang (cavity) cho phản ứng với tấm nền theo hướng mong muốn
chất phản ứng (reactant) khó kiểm soát hơn nếu muốn lan sang ngang, cũng giống như việc lắng đọng
hiện tại, tụ DRAM sâu 1-3 micromet trong khi chỉ rộng 3 20-30 nanomet; không thể khắc mòn (etch) ngang 3 micromet như thế, cho nên, tụ ngang (horizontal capacitor) ngắn hơn và do đó sẽ kém hiệu quả hơn
rồi những vấn đề "rướn" đi kết nối nhiều wardline và bitline: những "kết nối dọc" giống như NAND 3D như "hàn dính wafer" (wafer bonding) hay "khoan TSV" (through silicon vias) sẽ trở thành những đường tín hiệu sideway, nhưng phần diện tích sideway sẽ quá dày đặc để sản xuất được hết
đội ngũ Benjamin Vincent sử dụng chương trình mô phỏng SEMulator3D để thiết kế lại: đầu tiên, làm tụ điện ngắn và rộng hơn, có tụ dung ít thay đổi
để tăng không gian cho tụ, bitline được di chuyển về phía cuối của toàn bộ cấu trúc dạng-lá-phẳng (sheet structure) tạo ra 1 đường bit trục chính (bitline trunk) được chia sẻ giữa 2 lá đối diện
Lam Research thiết kế bóng bán dẫn là bóng bán dẫn cổng-vây-quanh

Bitline dọc (VBL) hay ngang (HBL)
tấm nano ngang (horizontal nanosheet) khác với "vertical bitline" ở vị trí đặt những bitline và wordline
thứ nhất là "vertical bitline" chạy qua nhiều lớp, thò ra 1 horizontal wordline ở trên mỗi lớp
thứ hai là những "vertical wordline" gắn với 1 horizontal bitline
ngành DRAM đang thiên về lựa chọn thứ nhất hơn: kích thước vật lý nhỏ hơn, bitline nối trực tiếp vào những mạch CMOS ngoại vi
trong 1 thập kỷ qua Micron đã đăng ký nhiều sáng chế những ô nhớ DRAM ngang: vấn đề chính là đảm bảo sao cho thiết bị giữ được hiệu năng sau khi được xếp tầng hàng tỷ bóng bán dẫn và tụ lên nhau
tháng 5 năm 2024 trả lời họp báo, phó tổng Samsung nói rằng hãng đã hoàn thiện DRAM 3D 16-tầng mà hãng đặt tên VS-CAT (vertically stacked cell array transistor)
phó tổng Samsung cũng nói rằng Micron đã chế tạo thành công 8-lớp
tạp chí điện tử The Elec đăng tin VS-CAT sử dụng "hàn dính wafer" dưới hình thức nào đấy, để kết nối những "wafer ô nhớ" vào wafer chứa những mạch CMOS ngoại vi... vì khó sản xuất cả 2 trên cùng 1 wafer
VS-CAT đã được Samsung đổi tên là VS-DRAM (vertically stacked)
tháng 3 năm 2026 CXMT xuất bản bài viết thảo luận DRAM 3D 5-lớp sử dụng vertical wordline, và thông báo một thiết bị thử nghiệm 64-lớp (vehicle) được fab để thử nghiệm một số quy trình sản xuất

1T-DRAM (floating body cell - FBC)
hiệu ứng FBC được tận dụng để lưu 1 điện tích ở trong một bóng bán dẫn silic-trên-vật-liệu-cách-điện (silicon-on-insulator)
một ý tưởng khác là A2RAM hoạt động theo nguyên tắc tương tự
hiệu năng những DRAM-không-tụ không được ổn định lắm, có trường hợp có vẻ khá dễ hỏng và không thực tiễn lắm
năm 2020 DRAM-không-tụ đã xuất hiện một ý tưởng sử dụng ôxit bán dẫn indi-galli-thiếc IGZO (indium-gallium-zinc oxide)

Interuniversity Microelectronics Centre
năm 2004 IGZO được nêu ở Tokyo
đầu thập niên 2010 Sharp thương mại hoá IGZO để sản xuất transistor màng mỏng ở trong những tấm nền mạch điều khiển (backplane) màn hình
IGZO có cấu trúc vô định hình (amorphous), trong suốt, tiêu hao cực kỳ ít điện nếu tắt
năm 2020 đội ngũ Attilio Belmonte ở IMEC xuất bản nghiên cứu đề nghị DRAM 2T0C sử dụng IGZO

2T0C
ý tưởng 2T0C IGZO được chỉnh sửa từ một thiết kế bộ nhớ nhúng "2-transistor gain cell memory" sử dụng 1 trong 2 transistor như một tụ điện
2T0C IGZO có 2 transistor, một cho việc đọc, một cho việc viết
khi bật transistor viết, một điện tích sẽ chảy vào cổng của transistor đọc
cổng của transistor đọc có cấu trúc của một tụ điện, lưu điện tích ấy thông qua "điện dung ký sinh"
để đọc ô nhớ (cell), một dòng điện "đọc" được cho qua transistor đọc; điện tích hiện diện ở cổng transistor đọc sẽ tạo ra một trường điện, làm thay đổi tính dẫn điện của kênh transistor đọc
nếu dòng điện qua đã lớn, bit được lưu là 1; nếu dòng điện qua nhỏ, bit là 0
tác vụ "đọc" này không phá huỷ dữ liệu, khác với DRAM
thiết kế "gain cell" hoạt động không tốt nếu được thực thi ở silicon, vì transistor silic rò điện khá nhiều, nhưng IGZO có "dải khe năng lượng" lớn đã khả thi hơn cho thiết kế của IMEC
IGZO tiêu-hao-cực-kỳ-ít-điện-nếu-tắt đã tăng thời gian duy trì dữ liệu, lên đến 400 giây, tức là đã gấp 1000 lần DRAM thông thường
IMEC nói rằng transistor có thể thu nhỏ đến chiều dài 14 nanomet mà không đánh đổi "thời gian duy trì dữ liệu" ấy

IGZO
nhược điểm là, cần nhiều mối tiếp xúc (contact) và dây nối liên thông (interconnect) nối transistor đọc và viết, rất có thể sẽ làm to ô nhớ; có ý kiến cho rằng sẽ cần 9F2
màng IGZO dễ lắng đọng, giúp việc xếp tầng transistor tốn ít chi phí hơn, nhưng "ô nhớ" không hoàn toàn phẳng, sẽ có những gồ (bump) bởi những dây nối liên thông (interconnect) và mối tiếp xúc (contact) gây khó cho việc xếp nhiều tầng
về tính tin cậy, DRAM cũ có thể hoạt động qua hàng triệu chu kỳ, trong khi 2T0C nhỏ và dễ hỏng, sản xuất dễ gặp lỗi, những hiệu ứng bên ngoài có thể dần dần làm suy giảm hiệu năng transistor
một vấn đề là PBTI (positive bias temperature instability) khi một điện trường liên tục ở nhiệt độ nóng sẽ bẫy electron ở trong hoặc ở gần ôxit cổng, làm thay đổi ngưỡng điện áp, làm biến đổi năng lực đọc bit đúng
với DRAM 3D, bị nhét vào một chồng nhiều tầng (stack) gây ra áp lực cơ học và nhiệt độ cao hơn, nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả 2 đều làm hại thêm những chuyển dịch ngưỡng điện áp PBTI gây ra
năm 2020 nghiên cứu IMEC giúp đưa IGZO vào nhiều lộ trình dài-hạn liên quan đến ngành công nghiệp DRAM