Коллектив Авторов: Цифровой журнал «Компьютерра» № 77

Опубликовано13 июля 2011 года

Зачастую незримый вершитель судеб во вселенной информационных технологий, отобрав шанс у одной из них, возвращает его спустя какое-то время. Мол, ну что же, тогда я был не в духе и отдал пальму первенства твоей сопернице. Зато теперь у тебя есть все шансы показать на что ты годишься. Тем более, что за прошедшее время ты наверняка настоялась, как дорогой коньяк, и проявишь себя во всей красе.

Мы настолько привыкли к тому, что в память в современных цифровых гаджетах реализована на полупроводниковых элементах, что не допускаем и мысли о том, что раньше, а уж тем более в обозримом будущем, всё может измениться, и конденсаторы с транзисторами, составляющие основу ячеек современной оперативной и флэш-памяти, уступят насиженное место побежденным ими некогда конкурентам — магнитам.

Эта история явилась результатом моего интереса к уникальным элементам памяти, которыми был оснащен удивительный во всех отношениях ноутбук из прошлого GRiD Compass 1101. В то время, когда большинство его собратьев оснащались 5,25" дисководами, GRiD Compass имел на борту то, что сейчас мы называем SSD или твердотельными накопителями. При этом сделаны они были вовсе не на полупроводниках, а также, как и дискеты менее продвинутых ноутбучных собратьев, использовали магнитную технологию. Правда, особого рода. Это было невероятно, и я захотел разобраться в этой технологии. Тогда я не знал, какую удивительную историю подарит мне моё любопытство. Историю пытливого ума, уникальной интуиции и недюжинной коммерческой смекалки одного единственного человека.

Это — рассказ о изобретении элементов памяти, использующих магнитные свойства вещества. Технологии, прожившей недолгую жизнь, преданной забвению и обретенной заново на новом витке технологической эволюции.

Давайте признаем — современные технологии полупроводниковой памяти — компромисс, навязанный потребителю микроэлектронной промышленностью. Наверное, нет ничего хуже, чем формировать значение двоичной единицы, загнав толпу таких энергичных созданий, как электроны, в ловушку конденсаторов (как это происходит в микросхемах современной оперативной памяти) или транзисторных затворов (как это реализовано в памяти флэш). Мало того, что юркие электроны несмотря ни на какие затворы стараются утечь из ячейки-темницы, что требует в модулях оперативной памяти периодической перезаписи ячеек, так, выбегая из нее на свободу, они норовят нагреть всё вокруг своей неуемной энергией. Про нынешнего фаворита рынка постоянной перезаписываемой памяти — технологии флэш (неважно какого типа — NAND или NOR) и говорить не приходится. Ведь для того, чтобы загнать электроны под затвор транзистора-ячейки, требуется импульс такой силы, который ячейку эту частично и разрушает. Ограничивая тем самым количество циклов перезаписи и сделав вопрос о надежности SSD одним из самых актуальных среди поисковых запросов в интернете.

Между тем, еще со времен разработки первых цифровых ЭВМ инженерам была известна сила, в той или иной мере присущая любому веществу во Вселенной. Магнитное взаимодействие тел открыто давным-давно и достаточно хорошо изучено, чтобы понять: намагниченность объекта отлично подходит для хранения цифровой информации. Не в последнюю очередь потому, что магнетизм тесно связан с электричеством, и как породить поток тех самых электронов, используя магнетизм объекта, известно еще со времен Фарадея.

Вот почему разрабатывая прототипы памяти с произвольным доступом для первых цифровых ЭВМ, инженеры особо не задумывались о выборе технологии. Идея была проста: магнитное поле хранит бит информации, принцип электромагнитной индукции извлекает этот бит в виде импульса индукционного тока. Всё просто.

Определившись с принципом, инженеры вели эксперименты с материалами, наиболее эффективно хранящими информацию в виде остаточной намагниченности и способами ее преобразования в поток электронов.

Результатом их исследований стала память на магнитных сердечниках (magnetic core memory), где ячейкой хранения выступало кольцо из магнитно-твердого вещества феррита, в химической основе которого лежат разные соединения оксида железа.

Уникальной особенностью феррита является практически прямоугольная петля магнитного гистерезиса. Её верхняя граница соответствует остаточной намагниченности кольца, которое используют в качестве логической единицы, граница противоположной остаточной намагниченности соответствует логическому нулю.