[發明專利]一種可重構內容可尋址存儲器系統及方法

在審

• 申請號: 202310276728.6
• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116386684A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 李祎;余穎潔;楊嶺;任升廣;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G11C7/06
• 分類號: G11C7/06;G11C7/10;G11C15/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 劉婭婷;張彩錦

1.一種可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，包括輸入電壓驅動模塊、內容可尋址存儲器陣列、可配置電流/電壓感知模塊和主處理器，可配置電流/電壓感知模塊用于根據搜索需求進行電流或電壓感知模式切換，所述電流和電壓感知模式分別對應于模糊篩選和精確查找搜索功能；

所述輸入電壓驅動模塊，用于將主處理器輸入的搜索數據轉換為模擬電壓信號，并輸出給內容可尋址存儲器陣列；

所述內容可尋址存儲器陣列，用于存儲數據，并將該存儲數據與以模擬電壓形式輸入的搜索數據進行并行比對，然后根據感知模式向所述可配置電流/電壓感知模塊并行輸出以模擬電流或電壓代表的匹配度；其中，內容可尋址存儲器陣列采用多個內容可尋址存儲器排列而成，各內容可尋址存儲器均由兩個互補的非線性憶阻器組成并通過高低阻態的組合來實現一位數據存儲，且每一行的內容可尋址存儲器都共同連接在同一匹配線上并代表一條存儲數據；

所述可配置電流/電壓感知模塊，用于將每一行匹配線上輸入的以模擬電流或電壓代表的匹配度轉換為數字信號，并將該數字信號返回至主處理器；

所述主處理器，用于根據該數字信號，分析得到每一條存儲數據與搜索數據的匹配結果。

2.根據權利要求1所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，所述非線性憶阻器為阻變存儲器、鐵電存儲器、相變存儲器、自選轉移力矩-磁隨機存儲器、NOR?Flash器件或NAND?Flash器件。

3.根據權利要求1或2所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，所述內容可尋址存儲器陣列的結構為二維平面結構或三維堆疊結構。

4.根據權利要求3所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，所述二維平面結構包括二維十字交叉桿結構，所述三維堆疊結構包括三維水平堆疊結構和三維垂直堆疊結構。

5.根據權利要求1所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，每一行內容可尋址存儲器共同連接的匹配線上均連接有一放電晶體管，所述放電晶體管用于在搜索階段之前進行初始化。

6.根據權利要求5所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，所述輸入電壓驅動模塊由成對互補的1比特數模轉換器組成，搜索數據的每一位由一對輸出互補的1比特數模轉換器表示。

7.根據權利要求6所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，當搜索數據“1”時，成對輸出互補的1比特數模轉換器對應輸出V_S和0大小的電壓；當搜索數據“0”時，所述成對輸出互補的1比特數模轉換器對應輸出0和V_S大小的電壓，V_S為內容可尋址存儲器陣列的搜索電壓。

8.根據權利要求7所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，所述可配置電流/電壓感知模塊用于根據搜索需求通過所述主處理器配置成電流或電壓感知模式。

9.根據權利要求8所述的可重構內容可尋址存儲器系統，其特征在于，可配置電流/電壓感知模塊包括多個可配置電流/電壓感知單元，各可配置電流/電壓感知單元均對應連接一匹配線，且各可配置電流/電壓感知單元均包括一跨阻放大器、一靈敏放大器和兩個二選一開關，各可配置電流/電壓感知單元的感知模式通過主處理器控制兩二選一開關的切換實現。

10.一種基于權利要求9所述的可重構內容可尋址存儲器系統的并行數據搜索方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)確定每一行數據的搜索需求，根據搜索需求配置通過主處理器配置各可配置電流/電壓感知單元的感知模式；其中，需要實現模糊篩選搜索功能時，將對應的可配置電流/電壓感知單元配置為電流感知模式；需要實現精確查找搜索功能，將對應的可配置電流/電壓感知單元配置為電壓感知模式；

(2)初始化操作，打開所有放電晶體管，使每一行的匹配線被放電至地；初始化完成后，關斷所有放電晶體管；

(3)通過主處理器將搜索數據傳輸到輸入由成對互補的1比特數模轉換器構成的電壓驅動模塊中，使其轉換成電壓信號且并行輸入到內容可尋址存儲器陣列的每一行中和每一條存儲數據同時進行對比匹配，各匹配線根據感知模式并行輸出以電壓或電流代表的匹配度；

(4)可配置電流/電壓感知模塊根據感知模式利用跨阻放大器將匹配線上的電流轉換成電壓再經過靈敏放大器進行比較或者直接利用靈敏放大器進行比較，得到靈敏放大器的數字輸出結果“0”、“1”，若為電壓感知模式，則代表“匹配”、“不匹配”，若為電流感知模式，則代表“高相似度”、“低相似度”；

(5)主處理器根據靈敏放大器輸出的數字結果，分析得到每一條存儲數據和搜索數據的匹配結果。