一种低功耗抗辐射的TCAM系统设计

发布时间：2017-03-23 04:11

  本文关键词：一种低功耗抗辐射的TCAM系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了解决三态按内容寻址存储器(TCAM, Ternary Content Addressable Memory)在深亚微米时代严重的软错误现象以及加固所带来的高功耗问题,本文改进了一款基于嵌入式DRAM (eDRAM, embedded Dynamic Random Access Memory)刷新机制的新型低功耗TCAM抗软错误系统结构,可以很好的解决上述问题。基于系统对低功耗的考虑,本文设计了一种折叠式NAND型TCAM匹配线以降低系统的搜索功耗,从而达到降低系统总功耗的目的。此外,左右双半区分工模式的双汉明编码和译码纠错电路可以确保系统对全部一位翻转以及部分两位翻转进行纠错,从而达到系统软错误免疫的目的。并且,三管DRAM单元的引入则大大降低了由汉明码纠错带来的复杂刷新时序。因此,该结构是以TCAM存储阵列为核心,利用eDRAM的高临界电荷以及周期性刷新的特点,通过不断地将经过汉明纠错的数据信息重写到TCAM阵列内部来实现TCAM系统的抗软错误功能。本文在简要介绍TCAM结构的基础之上,对当前国内外TCAM的低功耗、抗软错误研究进行了详细的分析,从中选取了符合低功耗且抗软错误条件的解决方案；接着,本文针对上述方案在深亚微米尺寸下的三处不足进行了改进,即对其内部的TCAM匹配线、汉明纠错电路以及eDRAM阵列进行了优化和改进;然后,本文基于上述三处不足分别设计了各自的解决方案,并对其进行相应的仿真测试,以分析和证明该解决方案的正确性；本文最后搭建了一个16×16 bits的完整测试系统以完成无错误时的功能仿真和有错误时的纠错仿真,分析系统在低功耗和抗软错误领域的合理性。仿真结果表明,上述系统结构对所有一位软错误有着极强的免疫能力,对部分两位软错误有纠错能力。与加固前相比,系统的搜索功耗只增加了29.8%,写入速度和搜索速度基本未受影响。该结构的提出对当今TCAM的低功耗及抗软错误加固技术的研究具有一定的参考价值。
【关键词】：TCAM 刷新 抗软错误 低功耗
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 CAM及其抗辐射技术简介8-22
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 CAM简介9-13
• 1.2.1 CAM的单元结构10-12
• 1.2.2 TCAM的单元结构12-13
• 1.3 软错误对存储器的影响13-17
• 1.3.1 软错误对DRAM的影响14-15
• 1.3.2 软错误对SRAM的影响15-17
• 1.3.3 多位翻转的影响17
• 1.4 CAM的抗辐射技术17-20
• 1.4.1 电路层次加固17-18
• 1.4.2 瞬时软错误检测18-19
• 1.4.3 系统层次加固19-20
• 1.5 论文研究内容与结构20-22
• 2 新型抗软错误加固TCAM系统22-49
• 2.1 新型加固系统的结构和原理22-25
• 2.2 新型TCAM匹配线设计25-35
• 2.2.1 传统NAND型TCAM匹配线25-27
• 2.2.2 新型NAND型TCAM匹配线27-32
• 2.2.3 新型匹配线的仿真与分析32-35
• 2.3 汉明编码和译码纠错电路设计35-40
• 2.3.1 汉明编码和译码纠错原理36-37
• 2.3.2 汉明编码和译码纠错电路的实现37-38
• 2.3.3 电路的仿真与分析38-40
• 2.4 eDRAM存储阵列设计40-48
• 2.4.1 三管DRAM存储单元40-41
• 2.4.2 传统开放式DRAM阵列的结构和原理41-43
• 2.4.3 本文采用的eDRAM阵列的结构和原理43-45
• 2.4.4 eDRAM阵列的仿真和分析45-48
• 2.5 本章小结48-49
• 3 抗软错误加固TCAM系统的仿真与分析49-58
• 3.1 无错误的仿真与分析49-54
• 3.1.1 系统功能验证49-52
• 3.1.2 功耗分析52-53
• 3.1.3 延迟分析53-54
• 3.2 有错误的仿真与分析54-57
• 3.2.1 软错误模型54-55
• 3.2.2 系统纠错能力分析55-57
• 3.3 本章小结57-58
• 4 关键电路的版图设计与验证58-63
• 4.1 集成电路版图设计方法58
• 4.2 关键电路的版图设计58-61
• 4.2.1 TCAM匹配线的版图设计59-60
• 4.2.2 汉明编码和译码电路的版图设计60-61
• 4.2.3 eDRAM电路的版图设计介绍61
• 4.3 版图验证61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

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