低功耗三元内容寻址存储器设计
发布时间：2020-10-14 15:31
随着因特网用户数量的急剧增长,以及网络实施应用程序的兴起亟需一种高速网络。通讯介质的传输速度已经达到高速网络的需求,制约网络传输速度的关键在于通讯介质之间的传输节点(路由器、交换机)的转发速度。新的IPv6协议,要求更长的IP地址位数和更快的传输速率,因此设计出一种高速低功耗的转发模块来解决这一问题。 论文提出了一种基于三元内容寻址存储器(Ternary Content AddressableMemories)的芯片来解决地址查找和转发的问题。TCAM是一种具有“位屏蔽”功能的硬件查找表,可以在一个时钟周期内实现大规模的查表运算,非常适合网络的应用环境。 为降低TCAM芯片的功耗,首先将512*144位芯片从整体上分割成大小为64*144位的8小块,每一小块都具备独立操作的特性,大多数情况下只需要激活其中之一,而芯片系统集成时只要通过简单连接就可以组成整体电路。TCAM的功耗主要消耗在了搜索操作上,论文又针对每一小块进行架构级和电路级的两级优化,在架构级优化中提出了搜索线分块策略以及对匹配线进行预搜索、主搜索两级搜索的方法降低功耗同时提高速度,在电路级优化中提出了一种匹配线敏感放大器MLSA和一种电荷共享电路进一步降低了搜索功耗。此外论文还就TCAM中的优先级编码器进行了低功耗优化,通过使用动态逻辑电路,尽可能地减小了搜索功耗之外的其他功耗。 通过使用Cadence IC50系统对设计的电路进行了仿真,取得了较好的结果。8*144位TCAM搜索一次的功耗为26.09mW,工作速度可达到62.5MHz。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
其中读、写操作与普通静态RAM完全相同。 2.1.ZC^M的搜索操作CAM的主要应用在于可实现快速的搜索一匹配操作，这种操作是通过图2.2中的“搜索线” (searchline)、“匹配线” (matchline)和四个实现比较功能的晶体管Nl实现的，其搜索操作与读、写操作是完全独立的。搜索操作主要分为三步:第两条搜索线SU和SLlc先放电至GND;第二步匹配线ML被预充至VDD;从条步两一一最后搜索关键字和它的反码分别加在SLI和SLlc上，完成搜索操作。如果搜索关键字与SRAM单元内存储的数据相同即SLI=bit，SLlc=bi吵那么两条ML到GND的路径都被关断，匹配线ML仍然保持高电平表示“匹配”。否则如果搜索关键字与储存数据不相符，则其中一条ML到GND的路径就会把匹配线拉到低电平，表示“不匹配”。在匹配线预充阶段之前将搜索线SLI和SLlc放电是为了保证所有预充路径
图2.3CAM搜索操作(a)匹配伪环匹配瑰.2.35创赶℃hOperationsofCAM(a)MatCh伪)Mi匀.atch假设静态SRAM中存储的数据是‘1’，那么此时V点电压为‘1’vc点电压为‘0，，当搜索关键字为‘1’时，SLI二‘1’，SLle二‘0，，比较管Nl和N4截止，匹线ML电压保持‘1’表示所搜索结果匹配;当搜索关键字为‘0’时，SU二‘0’，c=‘1’比较管中Nl和NZ被同时打开形成电流通路将匹配线ML上预充的电荷掉，ML从‘1’变为‘0’，表示搜索结果不匹配，若当静态SRAM单元内存储数为‘0’并且搜索关键字为‘1’即不匹配时，N3和N4被同时把开，ML仍然被拉低电平，表示搜索结果不匹配。SRAM存储‘1’时CAM的逻辑状态如下表:表2.1SRAM存储‘1’时CAM的逻辑状态表
111111oooo非法(不使用)))图中晶体管Nl一N4组成“或非”型TCAM的比较逻辑，当TCAM单元的存储数据为“o”(即BIBZ二10)时，图2.5中的N2导通、N4截止，如果di二o，则sLi=o，SLZ=1，则Nl截止，N3导通，比较管两侧各有一个晶体管截止，因此比较管的整体是截止的表明“匹配”。如果di二1，则SLI二1
【引证文献】
本文编号：2840851
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP333
【部分图文】：
其中读、写操作与普通静态RAM完全相同。 2.1.ZC^M的搜索操作CAM的主要应用在于可实现快速的搜索一匹配操作，这种操作是通过图2.2中的“搜索线” (searchline)、“匹配线” (matchline)和四个实现比较功能的晶体管Nl实现的，其搜索操作与读、写操作是完全独立的。搜索操作主要分为三步:第两条搜索线SU和SLlc先放电至GND;第二步匹配线ML被预充至VDD;从条步两一一最后搜索关键字和它的反码分别加在SLI和SLlc上，完成搜索操作。如果搜索关键字与SRAM单元内存储的数据相同即SLI=bit，SLlc=bi吵那么两条ML到GND的路径都被关断，匹配线ML仍然保持高电平表示“匹配”。否则如果搜索关键字与储存数据不相符，则其中一条ML到GND的路径就会把匹配线拉到低电平，表示“不匹配”。在匹配线预充阶段之前将搜索线SLI和SLlc放电是为了保证所有预充路径
图2.3CAM搜索操作(a)匹配伪环匹配瑰.2.35创赶℃hOperationsofCAM(a)MatCh伪)Mi匀.atch假设静态SRAM中存储的数据是‘1’，那么此时V点电压为‘1’vc点电压为‘0，，当搜索关键字为‘1’时，SLI二‘1’，SLle二‘0，，比较管Nl和N4截止，匹线ML电压保持‘1’表示所搜索结果匹配;当搜索关键字为‘0’时，SU二‘0’，c=‘1’比较管中Nl和NZ被同时打开形成电流通路将匹配线ML上预充的电荷掉，ML从‘1’变为‘0’，表示搜索结果不匹配，若当静态SRAM单元内存储数为‘0’并且搜索关键字为‘1’即不匹配时，N3和N4被同时把开，ML仍然被拉低电平，表示搜索结果不匹配。SRAM存储‘1’时CAM的逻辑状态如下表:表2.1SRAM存储‘1’时CAM的逻辑状态表
111111oooo非法(不使用)))图中晶体管Nl一N4组成“或非”型TCAM的比较逻辑，当TCAM单元的存储数据为“o”(即BIBZ二10)时，图2.5中的N2导通、N4截止，如果di二o，则sLi=o，SLZ=1，则Nl截止，N3导通，比较管两侧各有一个晶体管截止，因此比较管的整体是截止的表明“匹配”。如果di二1，则SLI二1
【引证文献】
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1 朱宝峰;高速数据记录及无线传输系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
本文编号：2840851
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