高速低功耗按內(nèi)容尋址存儲器(CAM)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、按內(nèi)容尋址存儲器(CAM)是一種特殊的存儲器，它除了可以像普通的存儲器(如 SRAM、DRAM)那樣存取數(shù)據(jù)，更重要的是它能進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)搜索，其本質(zhì)上就是一個基于硬件的高速搜索引擎，在搜索密集型應(yīng)用中備受歡迎，如計算機(jī)中的TLB、全相聯(lián)cache、數(shù)據(jù)庫加速、模式識別以及圖像處理等。目前CAM最主要的商業(yè)用途集中于因特網(wǎng)路由器中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包(或報文)分組轉(zhuǎn)發(fā)和分類、高速2、3和4層的網(wǎng)絡(luò)開關(guān)(如ATM中地址轉(zhuǎn)換)等。近年來，隨著光纖傳輸

2、速度的提高、因特網(wǎng)業(yè)務(wù)量的激增、IPv6的逐步采用以及各種新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(如網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵檢測系統(tǒng)以及各種多媒體應(yīng)用)的出現(xiàn)等，這一切都對處在路由器關(guān)鍵路徑上的CAM提出了更高的要求，即更高的速度、更低的功耗及成本等。因此，高速、低功耗的CAM研究也就越來越顯得重要了。
　　CAM的高速來源于內(nèi)部電路的高度并行性，因此其代價之一就是高的功耗，尤其是三值 CAM(TCAM)，功耗更高。高功耗增加了封裝和冷卻成本，降低了芯片的性能和可

3、靠性。因此，世界各地的研究者提出了各種方案來降低CAM功耗。在保證搜索速度的情況下降低功耗是CAM設(shè)計中的一個挑戰(zhàn)。
　　本文針對高速、低功耗CAM進(jìn)行了研究與實(shí)現(xiàn)。CAM的功耗主要來源于匹配線電路和搜索線驅(qū)動電路。針對匹配線電路，論文提出了兩種方案。一種是基于電荷重利用的下匹配線敏感方案，它利用敏感放大器敏感下匹配線電壓變化來給出搜索結(jié)果，同時敏感放大器的電流(荷)被重新利用來給匹配線充電。既實(shí)現(xiàn)了低功耗又提高了電路搜索速度。另

4、一種是級聯(lián)電荷共享匹配線敏感方案，通過電荷共享和匹配線分段級聯(lián)的方法降低功耗，并給出了能量延遲積(EDP)的優(yōu)化過程，大大降低了字電路的EDP。
　　同時，針對專門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包分類的改進(jìn)型TCAM(即 RCAM)，論文提出了改進(jìn)的高速區(qū)間匹配字電路HRMW，一方面采用EQ(相等)鏈和GE(大于等于)鏈分開的方法，提高電路的并行性。另一方面采用了PF_CDPD門，利用其在求值時的虛地效應(yīng)，有效地提高電路速度。匹配線電路的EDP也得到了