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May 17, 2023

Supercon 2022 : Andy Geppert ramène la mémoire centrale

De nombreux lecteurs de Hackaday connaissent le terme "mémoire centrale", probablement

De nombreux lecteurs de Hackaday connaissent le terme "mémoire centrale", probablement grâce à son association étroite avec l'ordinateur de guidage Apollo. Mais savoir que la technologie existait à un moment donné et comprendre réellement comment elle fonctionnait est une tout autre chose. C'est un peu comme l'équivalent électronique de la baratte à beurre - vous en avez entendu parler, vous pourriez probablement même en identifier une image - mais si quelqu'un vous en tendait une et vous demandait de la faire fonctionner, le résultat ne serait probablement pas trop appétissant.

C'est là qu'Andy Geppert entre en jeu. Il a transformé son intérêt personnel pour la mémoire à noyau magnétique en une quête pour présenter cette technologie fascinante à une toute nouvelle génération grâce à des améliorations modernes grâce à son projet Core64. En associant la technologie de stockage désuète à un microcontrôleur moderne et à des LED, elle se transforme en une expérience visuelle interactive. Contre toute attente, il a réussi à transformer une technologie qui a aidé à mettre des bottes sur la Lune il y a un demi-siècle en un gadget qui fascine petits et grands.

Dans cette conférence au Hackaday Supercon 2022, Andy explique d'abord au public les bases de la mémoire à noyau magnétique telle qu'elle a été initialement mise en œuvre. À partir de là, il explique la chaîne d'événements qui a conduit au développement du projet Core64 et parle un peu de la direction qu'il espère qu'il pourra prendre à l'avenir.

Alors, naturellement, la grande question est : comment fonctionne réellement la mémoire à noyau magnétique ? Si vous connaissez la technologie du programme Apollo, vous savez probablement qu'elle impliquait de tisser des fils et qu'elle était physiquement suffisamment robuste pour se rendre sur la Lune et en revenir. Mais au-delà de cela, tout cela ressemble un peu à de la magie, surtout aux yeux modernes.

Pourtant, en quelques minutes seulement, Andy décompose les principes de base d'une manière remarquablement accessible. Bien sûr, avec son expérience pratique, cela ne devrait pas surprendre autant. Étant donné le nombre d'unités Core64 qu'il a personnellement assemblées, il y a probablement peu de gens sur la planète qui ont tissé autant de mémoire centrale que lui au cours des dernières années.

Comme son nom l'indique, la mémoire centrale commence par des noyaux de ferrite… beaucoup d'entre eux. Chaque noyau peut être magnétisé dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce qui correspond à un zéro ou à un. Les fils de cuivre tissés à travers les ferrites dans les dimensions X et Y peuvent inverser l'orientation du champ magnétique du noyau lorsqu'ils sont suffisamment alimentés, ce qui permet «d'écrire» sur un bit spécifique du réseau. Un fil de détection tissé en diagonale est utilisé pour détecter quand l'orientation magnétique d'un noyau a changé pour lire sa valeur, mais comme il s'agit d'une opération destructrice, chaque lecture doit être suivie d'une écriture si les données doivent être préservées.

La mise à l'échelle de ce concept pour augmenter la capacité de stockage de la baie est facile, tant que vous pouvez gérer le nombre de fils requis. Dans les années 60, cela pourrait être un défi de taille, mais heureusement, les microcontrôleurs modernes comme le Raspberry Pi Pico offrent beaucoup de GPIO, et les transistors suffisamment costauds pour inverser l'orientation magnétique de chaque noyau sont livrés dans des boîtiers SMD pas beaucoup plus grands que les noyaux eux-mêmes.

En bref, alors que l'opération manuelle de tissage est toujours aussi compliquée qu'à l'époque d'Apollo, nous avons maintenant la technologie pour réduire le matériel de support au point où vous pouvez mettre 64 bits de mémoire centrale dans la paume de votre main. Bien sûr, ce n'est pas très utile lorsque vous pouvez obtenir une carte SD de 128 Go qui est une fraction de la taille. Mais ensuite, comme l'a découvert Andy, la mémoire centrale est capable de certaines astuces qui la rendent un peu plus intéressante.

Andy n'a pas manqué d'informations sur la mémoire à noyau magnétique et a même pu retrouver quelques exemples physiques dans différents musées d'histoire de l'informatique. Mais rien de tout cela ne se compare vraiment à l'expérience de le construire soi-même, alors il a commencé à chercher des projets existants pour s'inspirer.

Cela l'a conduit à Magnetic Core Memory Reborn, un projet de Ben North et Oliver Nash. Leur travail sert non seulement à approfondir le processus de fonctionnement de la mémoire à noyau magnétique, mais il détaille également la construction d'un prototype de matrice de mémoire 32 bits accessible avec un Arduino standard. Bien que le duo ne semble pas intéressé par la commercialisation de la conception eux-mêmes, ils ont fourni tous les schémas et fichiers de conception à partir desquels d'autres personnes peuvent construire.

Quelques recherches supplémentaires ont révélé que Jussi Kilpelainen avait fait exactement cela et a produit une version plus compacte de leur matrice Arduino 32 bits. Mieux encore, il l'a rendu disponible sur Tindie sous forme de kit, ce qui signifiait qu'Andy pouvait enfin l'expérience pratique avec la mémoire centrale qu'il recherchait.

Mais comme on dit, l'anticipation est souvent plus excitante que le résultat final. Une fois qu'Andy avait construit le kit de mémoire de base de Jussi, il ne savait pas trop quoi en faire. Étant donné que l'ajout de LED améliore tout, il a eu l'idée de les placer derrière la matrice afin de visualiser l'état de chaque cœur, et a même pu trouver un module LED standard qui avait presque les mêmes dimensions et pas que le tissage.

Après avoir présenté cette première version, les commentaires qu'il a reçus ont été si positifs qu'il a décidé de franchir le pas et de concevoir son propre circuit imprimé personnalisé qui réunirait ces deux technologies très différentes dans une matrice 64 bits plus grande.

Selon Andy, c'est simplement par hasard qu'il s'est rendu compte qu'influencer les noyaux avec un aimant portatif vous permettrait de "dessiner" sur les LED derrière eux. Qu'un aimant puisse inverser l'état de chaque noyau peut sembler évident rétrospectivement, mais sans l'ajout novateur de la matrice de LED derrière eux, cela n'aurait pas eu d'application pratique. Ce qui aurait été considéré comme un défaut en 1960 était désormais une caractéristique.

Si vous aviez dit à l'un des ingénieurs derrière l'ordinateur de guidage Apollo que dans 60 ans, les enfants joueraient en fait avec la mémoire centrale avec laquelle ils travaillaient actuellement, ils auraient pensé que vous étiez fou. Mais nous y sommes.

En ajoutant des LED RVB à l'arrière et en plaçant un panneau de protection transparent à l'avant, le Core64 transforme une matrice de mémoire en un écran tactile basse résolution. À partir de là, les applications se sont à peu près écrites, comme une simple application de dessin et des versions de jeux classiques comme Snake. Cette capacité interactive en fait un outil pédagogique puissant, démontrant les premiers concepts informatiques d'une manière pertinente pour le public moderne.

Tout compte fait, c'est probablement le travail le plus utile que quelqu'un ait jamais réussi à extraire de seulement 64 bits de RAM.