磁気コアメモリ

磁気コアメモリとは

磁気コアメモリは、コンピュータ黎明期に主記憶装置として広く利用された技術です。小さなドーナツ状のフェライトコアを磁化させることで情報を記録するもので、1955年から1975年頃に多用されました。原理的に、読み出し時にデータが消えてしまう破壊読み出し方式であり、読み出し後にはデータの書き戻しが必要になります。しかし、磁気を利用して記憶するため、電源を切っても内容が消えない不揮発性メモリであるという特徴も持っています。

構造と原理

磁気コアメモリは、縦横に交差する電線の交点にフェライトコアが配置された構造をしています。縦横の電線でアドレスを指定し、斜め方向の電線でデータの読み出しを行います。各電線に流れる電流の方向によって、コアの磁化方向が変わり、これにより0または1のデータを記憶します。データを読み出す際には、コアの磁化状態が変化することで読み出し線に電流が流れ、その有無によってデータが判別されます。

歴史

磁気コアメモリの概念自体は、コンピュータの発明初期から存在しましたが、実用化に貢献した主な人物として、アン・ワング、ジャン・A・ライクマン、ジェイ・フォレスターが挙げられます。

発明者たち

アン・ワングは、1949年に「パルス転送制御デバイス」を開発し、磁気コアの利用を提案しました。しかし、ハーバード大学は彼の発明に興味を示さなかったため、自身で特許を申請しました。その後、1955年に単独で特許を取得し、磁気コアメモリの発明者として広く認知されるようになりました。

RCA社のジャン・A・ライクマンも、フェライト製のバンドを金属管に巻き付ける構造のストレージシステムを1949年に開発しました。しかし、RCA社では当時、静電記憶管が次世代メモリの本命とされていたため、コアメモリの研究はそれ以上進展しませんでした。

マサチューセッツ工科大学のジェイ・フォレスターは、Whirlwindプロジェクトにおいて、高速なメモリの必要性から磁気コアメモリに着目しました。彼は、アン・ワングの「ライト-アフター-リードサイクル」と自身の「電流一致システム」を組み合わせることで、磁気コアメモリの実用化に成功しました。これにより、1953年にWhirlwindに磁気コアメモリが搭載され、コンピュータへの実用化が始まりました。

開発と普及

磁気コアメモリは、初期のコンピュータに不可欠な技術となり、1960年代初頭には主記憶装置として広く使われるようになりました。静電記憶管や磁気ドラムメモリといった他の技術を凌駕し、コンピュータの高性能化に大きく貢献しました。また、ジュークボックスのようなコンピュータ以外の産業用機器にも応用されました。

製造とコスト

磁気コアメモリの製造は、フェライトコアにワイヤーを通す作業が非常に手間で、人件費が大きな割合を占めていました。特に、フォレスターの電流一致システムでは、ワイヤーをコアに対して45度で走らせる必要があり、機械化が困難だったため、手作業による精密な組み立てが必要でした。そのため、1950年代後半には、人件費の安い極東地域にコアメモリ製造工場が設立され、多くの女性労働者がその製造に携わりました。

製造コストを抑えるために、自動化技術の開発も進められましたが、完全な自動化は実現しませんでした。しかし、価格はムーアの法則に従うように低下し、ビット当たりの価格は初期の1ドル程度から最終的には0.01ドルまで下がりました。フェライトコアも小型化が進み、1950年代には直径2.5mmだったものが、1960年代には0.33mmまで微細化しました。

半導体メモリへの移行

1970年代に入ると、シリコン半導体メモリチップ(RAM)の登場により、磁気コアメモリは急速に置き換えられていきました。特に、Intelが1970年に発売したDRAM、Intel 1103は、磁気コアメモリと同等以上の集積度と低価格を実現し、メインフレームにおける磁気コアメモリの代替を加速させました。

Intelの創業当時のロゴは、コアメモリを齧る様子を模しており、DRAMが磁気コアメモリの市場を奪っていくことを象徴しています。1972年には、DRAMのシェアが磁気コアメモリを上回り、その後、磁気コアメモリは急速に市場を縮小していきました。

特許問題

磁気コアメモリの開発には、特許問題も付きまといました。アン・ワングの特許は1955年に認められましたが、その頃には既に磁気コアメモリが使われていたため、訴訟問題に発展しました。最終的に、IBMがワングに数百万ドルを支払うことで解決しました。

ジェイ・フォレスターの特許についても、IBMとMITの間で訴訟が起こりました。MITは当初、1コア当たり2セントの特許料を要求しましたが、最終的にIBMが一括で13万ドルを支払うことで合意しました。

日本における磁気コアメモリ

日本では、1954年に東京大学の後藤英一がパラメトロン素子を発明し、そのメモリとして磁気コアメモリが注目されました。後藤は、パラメトロンに適した「二周波メモリ」を開発し、日本のパラメトロン方式計算機に使用されました。東京電気化学工業（TDK）の協力もあり、日本の磁気コアメモリの研究開発は早くから進められました。

1950年代後半からは、米国メーカーとの提携により、日本への計算機技術の移転が始まりました。日本は海外向けの磁気コアメモリを製造する「世界の工場」としての役割も担いました。

しかし、磁気コアメモリは、製造コストが高く、1970年代には半導体メモリに取って代わられました。ただし、信頼性や不揮発性といった点で、半導体メモリにはない利点も持ち合わせており、メインメモリ以外の分野ではしばらくの間使われ続けました。

その後の動向

日本の主要メーカーは1970年頃から次世代メモリとして磁性薄膜メモリの研究開発を進めましたが、同時期に半導体メモリの量産が開始されたために普及には至りませんでした。しかしながら、その研究成果は後の半導体メモリの発展にも影響を与えています。

TDKは現在でもフェライトコアを製造しており、自作の磁気コアメモリも作られています。また、磁気コアメモリに由来する用語（コアダンプなど）は、現代のコンピュータ技術にも残っています。

構造と記憶の原理の詳細

磁気コアメモリの基本的な要素は、フェライトコアの磁化特性にあります。フェライトコアは、あるしきい値以上の磁場が加わると磁化し、その磁化状態を保持します。この特性を利用して、情報を記憶します。

磁気コアメモリでは、フェライトコアのリングに電線が通されており、格子状に多数配置されています。各コアは1ビットの記憶容量を持ちます。書き込み用の電線は縦横に2本、読み出し用の電線は1本が通っています。コアにデータを書き込むには、対応する縦横の電線に電流を流し、コアを磁化させます。電流の方向によって、0または1のデータを書き込むことができます。読み出す際には、再度電流を流し、磁化状態が変化することで読み出し線に電流が流れることを利用してデータを読み出します。読み出し時にはデータが破壊されるため、必要に応じて書き戻しが行われます。

豆知識

コンピュータのメモリ内容をダンプしたファイルを「コアダンプ」と呼ぶのは、磁気コアメモリが使われていた当時の名残りです。
UNIXカーネルのエントリポイントを実装するアセンブリソースファイル「locore.s」は、PDP-11の磁気コアメモリの低位アドレスで実行されることに由来します。
IBMは、半自動式防空管制組織に用いた磁気コアメモリの駆動回路に、真空管の代わりにシリコントランジスタを採用し、信頼性と高速性を向上させました。
スペースシャトルの飛行制御システムには、磁気コアメモリが使用されていました。
磁気コアメモリは、特定のコアへのアクセスが集中すると、熱を持って正常に動作しなくなることがあり、プログラムでは異なる変数を順次操作する必要がありました。

関連項目

水銀遅延線
パラメトロン
磁性体論理素子
磁気増幅器
コアロープメモリ
磁気バブルメモリ
MRAM
FeRAM
コア戦争

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