버블 메모리

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1. 개요

버블 메모리는 자성체의 단결정 박막을 사용하여 데이터를 저장하는 비휘발성 기억 장치이다. 1970년대에 개발되어 전화 교환기, 은행 단말기, 초기 컴퓨터의 이동식 미디어 등에 사용되었지만, 플래시 메모리와 하드 디스크의 발전으로 인해 쇠퇴했다. 자기 버블 메모리는 자기장의 세기를 조절하여 2진 정보를 기록하며, 가동 부품이 없어 진동이나 먼지에 강하다는 장점이 있었으나, 외부 자기에 약하고 데이터 손상 가능성이 있다는 단점도 있었다.

2. 역사

자기 버블 메모리는 자성체의 단결정 박막을 이용하여, 위의 현상을 응용한 기억 장치이다^[26]. 읽기 및 쓰기가 가능한 비휘발성 보조 기억 장치로 사용된다. 예를 들어, 아래 방향의 자구(磁區)가 있는 곳을 1, 없는 곳을 0으로 하여 위치를 지정하면서 자기장의 세기를 조정하여 "1"과 "0"의 2진 정보를 기록한다^[26] . 가동 부분이 없고, 플로피 디스크와 달리 밀폐할 수 있으며, 진동이나 먼지, 분진 등의 영향을 받지 않는 것이 장점이지만, 외부 자기에 영향을 받기 쉽고 데이터 손상이 일어나기 쉬운 단점도 있었다.

자기 버블 메모리는 비교적 저렴하게 제조할 수 있고, 게다가 고속 액세스 및 재기록이 가능했기 때문에, 1970년대부터 전화의 전자 교환기의 파일 기억용이나 은행 단말기에 많이 사용되었다^[26] . 또한 가동 부분이 없다는 점에서 초기의 컴퓨터의 롬 카세트 형태의 이동식 미디어로 사용되는 경우가 많았다^[26] . 예를 들어, 1981년에 시스템즈 포뮬레이트 사가 발매한 BUBCOM80에 보조 기억 장치로 표준 장착되었고, 또한 후지쯔의 FM-8, FM-11에서 내장, 외장 옵션으로 이용할 수 있었다(내장은 FM-8만). 샤프의 PC-5000도 카트리지 슬롯을 가지고 있었다. 또한 1980년대 중반에는 "버블 시스템"이라는 이름으로 코나미(현・코나미 아뮤즈먼트)의 업무용 게임기 등에서 기판에 직접 탑재되는 응용도 있었다^[26] . FA 분야에서도 사용되었다.

등장 당시에는 반도체 메모리보다 대용량이었고, 제작하는 수량에 따라 자기 버블 메모리가 더 저렴했기 때문에 오랫동안 일정한 수요가 있었지만^[26], EPROM이나 플래시 메모리 등 비휘발성 반도체 메모리의 대용량화 및 하드 디스크의 소형화 등에 따라 수요는 종식되었다.

2. 1. 초기 개발

버블 메모리는 앤드루 보벡이 개발하였다. 보벡은 1960년대에 자기 코어 메모리 시스템 및 트위스터 메모리 개발 등 자기 관련 프로젝트를 진행했다.

트위스터는 자기 테이프 조각으로 대체한 코어 메모리의 한 유형이다. AT&T는 트위스터가 컴퓨터 메모리 비용을 크게 줄일 것이라고 기대했지만, 1970년대 초 DRAM 메모리의 등장으로 트위스터는 일부 응용 분야에만 사용되었다.

특정 조건에서 테이프 내부를 통과하는 전기선에 전류를 가하면 테이프의 자기장이 전류 방향으로 이동하는 현상이 발견되었다. 이를 이용하면 저장된 비트를 테이프 아래로 밀어 끝에서 팝업하여 지연선 메모리 유형을 형성할 수 있었다. 하지만, 이러한 시스템은 임의 접근을 허용하지 않아 트위스터보다 이점이 거의 없었다.

2. 2. 발전 과정

버블 메모리 드라이버 코일/와인딩/필드 코일 및 가이드(이 경우 T자형 가이드); 가이드 또는 전파 요소는 기판 칩 위에 있는 자기 필름 위에 있습니다. 이는 PCB(표시되지 않음)에 장착된 다음 노란색과 파란색으로 표시된 두 개의 와인딩으로 둘러싸여 있습니다.

1967년 벨 연구소(Bell Labs)의 앤드류 보벡(Andrew Bobeck) 연구팀은 트위스터 메모리(twistor)를 개선하는 과정에서 자기 버블 현상을 발견했다.^[2] 트위스터의 메모리 밀도는 와이어 크기에 의존했지만, 보벡은 오르토페라이트(orthoferrite)를 이용해 자기 신호를 작은 원형, 즉 '버블' 형태로 축소시킬 수 있음을 발견했다. 이 버블은 기존 도메인보다 훨씬 작아 메모리 밀도를 획기적으로 높일 수 있었다.

벨 연구소에서는 버블 메모리 기술과 관련하여 다음과 같은 다섯 가지 중요한 발견을 했다.

# 퍼멀로이 필름에서 단일 벽 도메인의 제어된 2차원 이동

# 오르토페라이트의 적용

# 안정적인 원통형 도메인의 발견

# 필드 접근 방식의 작동 방식 발명

# 가넷 시스템에서 성장 유도 일축 이방성의 발견과 가넷이 실용적인 재료가 될 것이라는 인식

이후 연구를 통해 일부 가넷(garnet)이 버블 형성에 적합한 특성을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌다. 가넷 표면에 작은 자기 막대 패턴(전파 요소)을 인쇄하여 버블의 이동을 제어하고, 이를 통해 데이터를 읽고 쓸 수 있게 되었다.^[5] 초기에는 T자형 막대가 사용되었지만, 이후 비대칭 셰브론 등 다양한 형태로 발전했다. 자기장은 X축과 Z축에서 회전하는 한 쌍의 코일에 의해 제공되었으며, 이 회전 자기장이 메모리에서 버블을 이동시켰다.^[5]

메모리 장치는 한쪽 끝에 전자석(electromagnet)을, 다른 쪽 끝에 감지기를 정렬하여 형성되었다. 기록된 버블은 천천히 다른 쪽으로 밀려나가고, 감지기의 출력을 전자석에 다시 연결하면 정보가 유지되는 방식이었다.^[5] 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 특성상 전원이 제거되어도 버블은 디스크 드라이브(disk drive) 표면의 패턴처럼 유지되었으며, 움직이는 부품이 없어 기존 자기 저장 장치보다 밀도가 높았다.

1974년 9월, H.E.D. 스코빌(H.E.D. Scovil), P.C. 마이클리스(P.C. Michaelis) 및 보벡은 IEEE 모리스 N. 리브먼 기념상(IEEE Morris N. Liebmann Memorial Award)을 수상하며 버블 메모리 기술의 공로를 인정받았다.^[2]

이후 비정질 자기 필름이 가넷 자기 필름보다 더 큰 개선 가능성을 보였지만, 가넷 필름에 대한 기존 경험으로 인해 널리 사용되지는 못했다. 하지만 가넷 필름은 오르토페라이트 필름보다 우수한 자기 특성을 보였고, 더 높은 버블 전파 속도를 허용했다. 또한, 하드 버블(일반 버블보다 느리고 불규칙한 버블) 문제를 해결하기 위해 네온으로 가넷 자기 필름을 이온 주입하거나,^[23] 퍼멀로이로 코팅하는 방법이 사용되었다.^[4] 퍼멀로이 대신 이온 주입으로 형성된 전파 요소의 사용은 버블 메모리의 용량을 16 Mbit/cm²로 늘리기 위해 제안되었다.^[23]

2. 3. 상용화와 쇠퇴

1970년대 중반, 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)를 비롯한 여러 전자 회사들이 버블 메모리 개발에 참여했다.^[8] 1977년, 텍사스 인스트루먼트는 92킬로비트 용량의 TIB 0103을 출시하며 최초로 버블 메모리를 상용화했다.^[9]^[10]^[11] 인텔(Intel)은 1979년에 1메가비트 버전인 7110을 출시했다.^[12]^[13]^[14]

thumb(MemTech)(인텔 매그네틱스 인수)의 버블 메모리. 긴 문자열은 메모리의 불량 저장 루프의 맵을 인코딩합니다.]]

thumb에서 제작된 버블 메모리.]]

|thumb|4MBit 확장 카드 (expansion card)와 4개의 인텔 7110이 장착된 IBM XT용

|thumb|1MBit 확장 카드와 1개의 인텔 7110이 장착된 애플 II 및 IIe용^[6]]]

1980년대 초, 하드 디스크 드라이브(HDD)가 더 높은 밀도, 빠른 속도, 저렴한 비용으로 발전하면서 버블 메모리는 경쟁력을 잃었다.^[15] 1981년, 록웰(Rockwell), 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor), 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments), 플레시(Plessey)를 포함한 주요 회사들이 버블 메모리 사업을 종료했다.^[15] 1984년까지 "2세대 버블"을 계속 연구하는 "빅 5" 그룹으로는 인텔, 모토로라(Motorola), 히타치(Hitachi), SAGEM, 후지쯔(Fujitsu)가 남았다.^[16]

버블 메모리는 진동이 심하거나 열악한 환경에서 작동하는 시스템에서 틈새 시장을 찾아 활용되었다. 예를 들어 1984년에 출시된 코나미(Konami)의 버블 시스템(Bubble System) 아케이드 비디오 게임 시스템은 68000 기반 보드에서 교체 가능한 버블 메모리 카트리지를 사용했다.^[26] 후지쯔(Fujitsu)는 1981년 자사의 FM-8에 버블 메모리를 사용했고,^[26] 샤프(Sharp Corporation)는 1983년 PC 5000 시리즈에 사용했다.^[26]

하지만, 플래시 메모리의 개발로 인해 이러한 응용 분야도 쇠퇴했다.

3. 특징

자기 버블 메모리는 자성체의 단결정 박막을 이용한 기억 장치이다.^[26] 읽기 및 쓰기가 가능한 비휘발성 보조 기억 장치로, 자구(磁區)의 유무를 이용하여 "1"과 "0"의 2진 정보를 기록한다.^[26] 가동 부분이 없고, 밀폐 가능하며, 진동, 먼지, 분진 등에 강하다는 장점이 있지만, 외부 자기에 약하고 데이터 손상 가능성이 있다는 단점도 있다.

1970년대부터 전화 전자 교환기, 은행 단말기 등에 사용되었으며,^[26] 초기 컴퓨터의 롬 카세트 형태 이동식 미디어로도 활용되었다.^[26] 1981년 시스템즈 포뮬레이트 사의 BUBCOM80, 후지쯔의 FM-8, FM-11, 샤프 PC-5000 등에 탑재되었다. 1980년대 중반에는 코나미(현・코나미 아뮤즈먼트)의 업무용 게임기 기판에 "버블 시스템"이라는 이름으로 탑재되기도 했다.^[26] FA 분야에서도 사용되었다.

반도체 메모리보다 대용량이었고, 생산량에 따라 가격 경쟁력이 있어 일정 기간 수요가 있었으나,^[26] EPROM, 플래시 메모리 등 비휘발성 반도체 메모리의 대용량화와 하드 디스크 소형화로 인해 수요가 감소하였다.

3. 1. 장점

3. 2. 단점

버블 메모리는 외부 자기장에 영향을 받기 쉬워 데이터 손상이 일어날 가능성이 있었다. 또한, EPROM이나 플래시 메모리 등 비휘발성 반도체 메모리의 대용량화 및 하드 디스크의 소형화 등에 따라 수요가 감소하여, 상대적으로 느린 접근 속도와 제한적인 용량은 단점으로 작용했다.

4. 작동 원리

자기 버블 메모리는 자성체의 단결정 박막을 이용하여 데이터를 저장하는 비휘발성 기억 장치이다.^[26] 아래 방향의 자구(磁區)가 있는 곳을 1, 없는 곳을 0으로 하여 위치를 지정하면서 자기장의 세기를 조정하여 "1"과 "0"의 2진 정보를 기록한다.^[26] 가동 부분이 없고, 플로피 디스크와 달리 밀폐할 수 있으며, 진동이나 먼지, 분진 등의 영향을 받지 않는 것이 장점이지만, 외부 자기에 영향을 받기 쉽고 데이터 손상이 일어나기 쉬운 단점도 있었다.

4. 1. 버블 생성 및 이동

4. 2. 데이터 저장 및 읽기

5. 구조

5. 1. 버블 메모리 칩

5. 2. 구동 코일 및 영구 자석

5. 3. 제어 회로

6. 응용 분야

6. 1. 초기 컴퓨터

6. 2. 산업용 시스템

6. 3. 특수 분야

참조

_[1] 웹사이트 Bubble Memory http://www.complex.c[...] Complex 2012-09-25
_[2] 특허 1969-07-08
_[3] 문서 Intel magnetics. 1 mega bit Bubble Memory Design Handbook. 1979
_[4] 간행물 FOREIGN AND DOMESTIC ACCOMPLISHMENTS IN MAGNETIC BUBBLE DEVICE TECHNOLOGY. https://nvlpubs.nist[...] National Bureau of Standards 1977
_[5] 문서 Intel Memory Components Handbook 1984
_[6] 문서 User's manual http://michaeljmahon[...]
_[7] 뉴스 Computer-Memory Aid Devised https://www.nytimes.[...] 1974-02-02
_[8] 뉴스 Technology: A Test for Magnetic Bubble Memories http://www.nytimes.c[...] 1977-02-16
_[9] 웹사이트 Canadian Electronics Engineering https://books.google[...] Maclean-Hunter. 1978-03-03
_[10] 웹사이트 Scientific American https://books.google[...] Scientific American, Incorporated 1977-03-03
_[11] 뉴스 Texas Instruments Introduces Portable Computer Terminal: Model Said to Be First With Mass Memory and Using Bubble Memory Device Dow Jones & Company Inc 1977-04-18
_[12] 웹사이트 Computerworld https://books.google[...] IDG Enterprise 1979-05-07
_[13] 웹사이트 InfoWorld https://books.google[...] InfoWorld Media Group, Inc. 1982-07-12
_[14] 웹사이트 InfoWorld https://books.google[...] InfoWorld Media Group, Inc. 1979-05-09
_[15] 뉴스 The Computer Bubble That Burst https://www.nytimes.[...] 1981-09-20
_[16] 잡지 Bubble memory in data processing https://archive.org/[...] 1984-10
_[17] 서적 Computer Design https://books.google[...] Computer Design Publishing Corporation 1983
_[18] 서적 Electronics https://books.google[...] McGraw-Hill Publishing Company 1983
_[19] 문서 New Bubble-Memory Packaging Cuts Board Space And Manufacturing Costs. Intel AR-271
_[20] 웹사이트 Electronic Products Magazine https://books.google[...] United Technical Publications 1986-03-03
_[21] 웹사이트 Journal of Electronic Engineering: JEE. https://books.google[...] Dempa Publications, Incorporated 1985-03-03
_[22] 웹사이트 GRiD Compass 1101 computer http://oldcomputers.[...] 2008-09-16
_[23] Citation Chapter 4 - Technology and Manufacturing of High-Density Magnetic-Bubble Memories https://www.scienced[...] Elsevier 1982-01-01
_[24] 학술지 Microfluidic Bubble Logic 2007-02-09
_[25] 학술지 Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory 2008-04-11
_[26] 서적 メモリ技術が一番わかる技術評論社 2012-08-25

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