[發(fā)明專利]內(nèi)容可尋址存儲器存儲單元匹配線的檢測電路和方法

有效

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• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102411995A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 閆浩;洪纓;王東輝;侯朝煥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G11C29/56
• 分類號: G11C29/56
• 代理公司: 北京億騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發(fā)明涉及內(nèi)容可尋址存儲器，尤其涉及一種內(nèi)容可尋址存儲器存儲單元匹配線的檢測電路和方法。

背景技術

內(nèi)容可尋址存儲器(Content-Addressable?Memory，CAM)是一種用于特定高速搜索應用的采用內(nèi)容尋址的存儲器。在常規(guī)存儲器，例如RAM(Random?Access?Memory，隨機訪問存儲器)應用中，用戶提供一個存儲器地址，存儲器返回一個存儲于該地址的數(shù)據(jù)。而在CAM的應用中，用戶提供一個數(shù)據(jù)，CAM會遍歷整個存儲空間，搜索該數(shù)據(jù)是否存在于存儲器中，如果是，即命中，CAM會返回一個或多個命中數(shù)據(jù)在存儲器中的地址。

CAM作為一種特殊存儲器，會在單次運算中搜索整個存儲器。所以在搜索應用中，CAM比常規(guī)存儲器快很多。CAM的快速搜索特征使得CAM特別適用于如網(wǎng)絡設備、CPU(Center?Processing?Unit，中央處理器)和DSP(Digital?Signal?Processor，數(shù)字信號處理器)的Cache(高速緩沖存儲器存)中，以及視頻硬編解碼等應用。

現(xiàn)有技術中，主要根據(jù)匹配類型的異同，CAM內(nèi)核單元可分為“與非”型和“或非”型的內(nèi)核單元。

圖1是傳統(tǒng)9T(Transistor，晶體管)結(jié)構(gòu)的與非型存儲單元。與非型存儲單元匹配信號線(Match?Line)通過與臨近的存儲單元相互連接形成整體的匹配線。即晶體管T1的源極與前一存儲單元的漏極連接，T1的漏極與后一存儲單元的源極連接。與非型存儲單元的結(jié)構(gòu)決定了所搜索的內(nèi)容只要有一處與存儲內(nèi)容不匹配，則整條匹配信號線將不會放電。與非型存儲單元的缺點是，若內(nèi)容全部匹配時，匹配信號線通過級聯(lián)的晶體管T1進行放電，而當存儲內(nèi)容較多時放電速度將會非常的慢。

圖2是或非型存儲單元，通過連接不同存儲單元中開路的漏極形成整體的匹配信號線。采用并聯(lián)的方式，避免與非型存儲單元內(nèi)部晶體管的級聯(lián)，使得或非型存儲單元非常適用于高速結(jié)構(gòu)當中。如果搜索內(nèi)容中的某一位和存儲單元中的內(nèi)容不匹配，或非型存儲單元的匹配信號線便開始放電。當且僅當所尋找內(nèi)容匹配時，匹配信號線才不會放電。或非型的存儲單元的放電速度較快，但由于頻繁放電和充電，使得內(nèi)容可尋址存儲器的功率消耗很大。

為了降低或非型存儲單元匹配信號線的功耗問題，目前出現(xiàn)了多種匹配線檢測方法。

圖3是電流競賽檢測原理圖。如圖3所示，基于電流競賽的檢測方法需要一組虛擬匹配信號線(Dummy?ML)做對比信號。該DML始終處于匹配的狀態(tài)。該方法在進行匹配信號線狀態(tài)檢測的時候，首先匹配信號線復位信號(MLrst)有效，將匹配信號線(ML)初始化到低電平；然后匹配線使能信號(MLen)由低變高，開啟匹配信號線的充電路徑。當DML充電到敏感放大器(SA)的閥值后，產(chǎn)生匹配信號線關斷信號(MLoff)，該關斷信號將關斷所有匹配信號線的充電路徑。只有匹配的匹配信號線在該充電時間內(nèi)才會使得敏感放大器(SA)產(chǎn)生輸出信號(MLout)，一旦有不匹配的匹配信號線將不會充電超過敏感放大器(SA)的閥值。該方法通過減少匹配信號線的充電擺幅降低了整體匹配信號線的功耗，但是初始化對匹配信號線的放電仍舊浪費很大的功耗。

圖4是節(jié)省電流檢測原理圖。該方案類似電流競賽檢測方法，同樣利用虛擬匹配信號線(DML)和敏感放大器(SA)的閥值電壓控制匹配信號線的充電時間，降低整體功耗，該方案的不同之處在于，通過電流節(jié)省技術在匹配信號線有丟失的情況下將減小匹配線的充電電流，從而進一步降低整體功耗，但是需要額外的偏置電壓和在控制支路上消耗額外的靜態(tài)電流為代價。

圖5是正反饋式檢測原理圖。該方案類似節(jié)省電流的匹配線檢測方法，利用正反饋降低在丟失匹配狀態(tài)下對匹配信號線的充電電流，降低整體功耗，同樣也需要額外的偏置電壓和在控制支路上消耗額外的靜態(tài)電流為代價。

圖6和圖7是自阻斷充電的檢測電路。該方案分為兩個步驟：第一步，利用/SEARCH?EN信號產(chǎn)生初始化操作，將ML和SML均放電到GND；第二步，利用敏感放大器DMLSA對ML進行充電，同時檢測ML和SML的變化，自動結(jié)束充電過程。該方案只能對匹配線ML進行充電，且初始化對匹配信號線的放電仍舊浪費很大的功耗。

因此，如何進一步降低內(nèi)容可尋址存儲器存儲單元匹配線檢測的功耗是目前有待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于降低內(nèi)容可尋址存儲器存儲單元匹配線檢測的功耗。