一种运用优化十管单元和新型双匹配线的高性能CAM设计

发布时间：2017-09-18 09:34

  本文关键词：一种运用优化十管单元和新型双匹配线的高性能CAM设计

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【摘要】：在计算机技术发展过程中,微处理器的处理速度一直比主存储器的存取速度快得多,为了缓和微处理器和主存储器速度不匹配的矛盾,最有效的方法是划分存储层次使用高速缓冲存储器(Cache)。Cache一般由Data阵列和Tag阵列组成,Tag阵列由CAM (Content Addressable Memory,内容寻址寄存器)实现。CAM通过并行搜索查找数据,主要应用于各种高速搜索应用中。因此,高性能的CAM的设计及优化具有非常重要的应用价值和意义。 本文通过对传统CAM基本单元的详细总结及在稳定性、速度及面积三个方面的性能比较,发现传统十管单元具有最大的优势,比较逻辑中使用PMOS管代替NMOS管传输高电平可避免了阈值损失。基于以上工作,提出了本文匹配线结构所使用的十管优化CAM单元,并对存储单元的尺寸和CAM单元的稳定性进行了分析和仿真验证。本文匹配线结构的提出基于电荷共享和分级匹配线结构。传统匹配线仅采用一条匹配线ML,本文基于电荷共享采用两条匹配线,对匹配线CML充电之后通过电荷共享使匹配线SML充电,经过分析可得,采用这种匹配线结构比传统匹配线结构至少能够降低匹配线上50%的平均动态功耗,并且不需要对位线进行预充,进一步降低了整体功耗。最后采用分级匹配线技术进一步优化了速度性能。 采用65nm CMOS工艺,电源电压为1.2V,每条匹配线上连接64个优化的十管CAM单元,在此情况下对本文所述匹配线结构进行仿真验证,结果表明本文匹配线结构相比传统NOR型匹配线结构可降低约60%的动态功耗,并且大幅度的减小了峰值电流,提高了稳定性。
【关键词】：CAM 基本单元 匹配线 高速 低功耗
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 课题背景及意义7-8
• 1.2 国内外相关研究8-9
• 1.3 研究内容及结果9-10
• 1.4 论文组织及结构10-11
• 第二章 CAM基本原理11-23
• 2.1 CAM基本架构11-13
• 2.2 CAM基本单元13-19
• 2.2.1 9管CAM单元13-15
• 2.2.2 10管CAM单元15-16
• 2.2.3 11管CAM单元16
• 2.2.4 8管CAM单元16-18
• 2.2.5 Ternary CAM单元18-19
• 2.3 传统匹配线结构19-21
• 2.3.1 传统与非匹配线结构19-20
• 2.3.2 传统或非匹配线结构20-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章 CAM基本单元及匹配线分析23-43
• 3.1 CAM基本单元分析23-30
• 3.1.1 工作模式及时序仿真23-27
• 3.1.2 CAM基本单元的比较27-30
• 3.2 传统匹配线分析30-34
• 3.2.1 传统与非型匹配线等效分析31-32
• 3.2.2 传统或非型匹配线等效分析32-34
• 3.3 NOR型匹配线高速低功耗技术34-42
• 3.3.1 NOR型匹配线高速技术34-38
• 3.3.2 NOR型匹配线低功耗技术38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 CAM电路设计及仿真43-55
• 4.1 CAM单元的设计及仿真43-50
• 4.1.1 存储单元的尺寸设计43-46
• 4.1.2 本文十管优化单元仿真46-50
• 4.2 匹配线ML的设计及仿真50-54
• 4.2.1 本文ML匹配线设计50-51
• 4.2.2 ML匹配线仿真比较51-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 5.1 工作总结55
• 5.2 未来工作展望55-57
• 参考文献57-61
• 附图表61-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

【共引文献】

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本文编号：874762