我們先來聊聊磁芯最常見的存儲用途。事實證明，鐵芯和磁性材料用途廣泛，至今仍在電源和模擬電路中用作扼流圈。而這篇文章提出了一個特別的想法：用磁芯實現邏輯功能（圖 1）。盡管這項技術從未進入商業領域，但在技術層面是可行的。

1. 磁芯可以實現如上述簡單示例所示的邏輯。

接下來，我們看看當時磁芯的使用情況，然后進入現在存儲領域的情況，磁芯最初使用的領域。許多記憶技術已經興起又消失，新的技術不斷涌現。

什么是磁芯

磁芯是磁性材料，類似于鐵。磁場的方向可以用來存儲一個比特的信息。用于存儲的磁芯被安裝成網格狀，陣列中交錯排列著一組導線。

用于模擬和功率目的的磁芯根據用途有多種形式。它們通常是設計中的獨一無二，不像用于存儲的磁芯，后者被復制成千上萬。

過去：磁芯的存儲應用

磁芯被用作大型機和小型計算機的主存（見圖2）。核心非常小，柵極堆疊以提供更多模塊內存。在大多數系統中，采用多個模塊來提供遠超當今固態解決方案的內存容量。

2. 磁芯被用于大型機和小型計算機中作為主存。

磁芯存儲器的一大優勢是非易失性。在那個年代，從卡片組、磁帶機（后來還有磁盤驅動器）加載數據需要很長時間，這一特性顯得尤為重要。引導程序通常會對包含操作系統（可能還有應用程序）的內存部分進行校驗和計算，若校驗和正確則直接使用，以防之前的操作出現問題。

我曾接觸過 Burroughs 大型機（又稱主機）中的磁芯存儲器 ——48 位的 B5000 系列，配備 32 千字的內存。該機型支持多處理器和虛擬內存，可使用 Algol 語言編程，同時兼容 COBOL、FORTRAN 等輔助語言，操作系統為 Burroughs 主控制程序（MCP）。

當主存儲器具備非易失性時，像大型內存數據庫這樣的軟件才有了更實際的應用價值。而如今，主存儲器多為易失性的動態隨機存取存儲器（DRAM）。

還有一種氣泡存儲器（例如 Intel 的 7110），同樣利用了底層材料的磁性特性。該系統通過外部磁場移動被稱為 “氣泡” 的磁疇，其工作方式更類似于過去的移位寄存器或延遲線存儲器，需要特定的刷新流程（與 DRAM 的刷新方式不同），但核心目的一致 —— 若刷新流程不完整或中斷，數據將會丟失。

磁性存儲如今仍應用于硬盤驅動器和磁帶機，但原理與磁芯大相徑庭：硬盤和磁帶需要讓磁性材料移動經過讀寫頭，通過改變磁性區域的極性來存儲數據。與磁芯存儲器類似，數據一經寫入便會保持。

現在：閃存主導非易失性存儲

如今，非易失性存儲有多種類型，但大容量、非易失性存儲通常以NAND閃存的形式出現。高密度NAND閃存現以堆疊芯片形式實現，類似KIOXIA的32堆BiCS NAND閃存（見圖3）。

3. 這是32堆BiCS NAND閃存設備的側視圖。

與數十年前的磁芯存儲相比，如今數據中心的存儲容量和速度已實現質的飛躍：云數據中心的存儲容量以 PB（拍字節）為單位計量，傳輸速率可達 GB/s甚至更高。

在嵌入式領域，JEDEC UFS 4.1 標準支持 4.2 GB/s 的傳輸速率。KIOXIA 的 UFS 4.1 閃存器件是一款單芯片產品，專為汽車應用設計，支持最高 1 TB 的 BiCS NAND 閃存容量（見圖 4）。

4. 極電的UFS 4.1閃存設備，存儲最多1TB，傳輸速率為512 GB/s。

磁性材料仍是電子領域的核心技術之一，但已不再用于存儲用途。不過，回顧技術的起源，依然是一件有趣的事情。