초기 비기계식 메모리 기술: 지연선에서 코어 메모리까지

개요

컴퓨팅의 형성기 시절, 설계자들은 기계식 릴레이와 진공관을 넘어 현대 메모리 아키텍처를 형성할 비기계식 저장 솔루션을 개척했습니다.

가장 독창적인 개념 중 하나는 지연선이었습니다. 지연선은 펄스나 파동의 전파를 지연시킵니다. 마치 협곡에서 메아리가 울리는 것처럼. 전기적 임펄스를 수은 같은 매체에서 음향파로 변환한 후 다시 재변환함으로써, 라인은 데이터가 파동으로 순환하는 동안 일시적으로 '저장'합니다.

초기 구현은 액체 수은으로 채워진 긴 튜브를 사용했습니다. 양 끝에 전기 트랜스듀서가 신호를 음파로 변환하고 다시 되돌렸습니다. 이진 데이터의 직렬 스트림이 전송 트랜스듀서에 전압 파형으로 입력되어 수은을 통과하고, 수신 트랜스듀서에서 같은 순서로 나왔습니다.

피드백 회로가 전송 트랜스듀서를 반복 구동하면 펄스 시퀀스가 순환하는 FIFO 시프트 레지스터가 되어, 루프가 전원되는 한 데이터를 유지할 수 있는 링 카운터가 효과적으로 됩니다.

독창성에도 불구하고 지연선은 물질적, 환경적 제약으로 고통받았습니다. 1950년대 초 EDVAC은 약 5피트 길이의 수은 튜브 128개를 사용했으며, 각각 최대 384비트를 보유했습니다. 온도 변화가 수은의 음속을 변경하여 타이밍을 왜곡하고 신뢰성을 해쳤습니다.

후속 설계는 액체 수은을 고체 막대(유리, 석영, 특수 합금 금속)로 대체하여 더 높은 주파수에서 비틀림 파동을 지연시켰습니다. 주목할 만한 예는 95피트 길이의 니켈-철-티타늄 와이어를 코일로 감아 콤팩트하게 만든 것입니다. 총 지연은 9.8ms로, 1MHz 클럭과 와이어당 약 9,800비트 저장을 가능하게 했습니다.

지연선은 결국 더 견고한 기술에 자리를 내주었지만, 물리적 매체를 사용하여 데이터를 보유하는 원리는 현대 메모리 연구에서 기초로 남아 있습니다.

또 다른 이정표는 오실로스코프와 TV 디스플레이에서 개조된 음극선관(CRT)인 윌리엄스 튜브였습니다. 인광체를 흥분시켜 이미지를 만드는 대신, 전자빔이 유리 표면에 전하를 퇴적시켰습니다. 튜브 앞에 위치한 금속 그리드가 이 전하를 감지했고, 외부 회로가 데이터 손실을 방지하기 위해 리프레시했습니다.

IBM 모델 701은 4KB 용량의 윌리엄스 튜브 메모리를 사용했습니다. 그러나 반복적인 재기록이 화면을 과충전시켜 인접 픽셀로杂散 '1' 상태가 번질 수 있었습니다.

자기 코어 메모리는 결정적인 도약을 나타냈습니다. 강자성 페라이트 화합물은 거의 정사각형에 가까운 히스테리시스 곡선을 보입니다: 자화 방향을 뒤집기 위해 임계 자기장 임계값이 필요하며, 일단 뒤집히면 필드가 제거되어도 상태를 유지합니다. 이 바이스테이빌리티는 페라이트를 이진 래치에 이상적으로 만듭니다.

MIT의 제이 포레스터가 이 특성을 활용하여 최초의 실용적인 코어 메모리를 구축했습니다. 절연된 와이어 그리드가 수천 개의 페라이트 링을 가로지르며 교차했습니다. 각 링이 코어입니다. 코어에서 교차하는 행과 열 와이어를 활성화하면 코어의 극성을 설정하거나 리셋할 만큼 강한 자기장이 생성됩니다. 인가된 전류 방향이 코어가 '0' 또는 '1'을 저장할지 결정합니다.

데이터 제너럴의 노바 컴퓨터(1969~70년경)는 4KB 코어 메모리 보드를 탑재했습니다. 코어는 볼펜 심보다 약간 큰 크기였고, 보드 회로가 행/열 전류를 구동하고 코어 상태를 읽었습니다.

나중 1971년 설계는 코어를 더 조밀하게 패킹하여 용량을 8KB로 두 배로 늘렸습니다.

코어 읽기는 파괴적 과정이었습니다: 코어에 기록된 전압 펄스가 코어 상태가 변경된 경우에만 전용 읽기 와이어에 전류를 유도했습니다. 결과적으로 코어의 원래 값을 보존하기 위해 다시 써야 했고, 주기적인 리프레시 사이클이 필요했습니다.

코어 메모리의 강점은 비휘발성, 견고성, 비교적 높은 밀도였습니다. 지연선의 기계적 마모나 CRT의 온도 민감성 없이 달성되었습니다. 이러한 속성들은 아폴로 유도 컴퓨터, CNC 컨트롤러, 비즈니스 메인프레임 등 1960~70년대 많은 시스템의 백본이 되었습니다.

한편, 정적 RAM(SRAM)은 더 작은 트랜지스터와 결국 실리콘 IC에 의해 병렬로 진화했습니다. SRAM의 비휘발성 이점은 유지되었지만, 1980년대에는 코어 메모리의 규모와 비용이 결국 이를 앞질렀습니다.

버블 메모리는 또 다른 자기 대안을 제공했습니다. 영구 자기장 하의 얇은 가넷 필름에서 미크론 크기의 자화된 '버블'이 외부 코일을 사용하여 에칭된 트랙을 따라 미끄러질 수 있었습니다. 버블은 '1', 부재는 '0'을 나타냈습니다. 읽기와 쓰기는 버블이 작은 검출 코일을 지날 때 발생했는데, 테이프 헤드와 유사했습니다.

인상적인 밀도(불과 몇 제곱 인치 크기 칩에 수백만 비트)에도 불구하고, 버블 메모리는 본질적으로 순차 접근을 겪어 동적 및 정적 RAM에 비해 성능이 제한되었습니다.

정전기적 사촌인 전하 결합 소자(CCD)는 유사한 직렬 방식으로 실리콘 기판을 가로질러 전기적 전하를 이동시켰습니다. 버블 메모리와 마찬가지로 CCD는 전하 감쇠로 인해 빈번한 리프레시가 필요하여 휘발성이었습니다.

요약하자면, 지연선에서 코어 메모리로의 진화는 저장 밀도, 신뢰성, 속도를 증가시키려는 끊임없는 노력을 보여줍니다. 이 원리는 오늘날의 메모리 기술을 계속해서 알려주고 있습니다.