[发明专利]内容可寻址存储器及相似度匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储器领域，更具体地说，涉及一种内容可寻址存储器及相似度匹配方法。

背景技术

内容可寻址存储器 (Content Addressable Memory，CAM)是根据所存储数据的内容而不是存储数据的位置来访问和修改数据的存储设备。由于CAM具有高速、并行、易扩展和实现灵活等特点，目前已被可以广泛地用于网络应用、高速数据处理等。在进行数据搜索时，CAM将接收的搜索数据字与CAM中的所有实体进行比较，以确定在搜索数据字和CAM中的实体之间存在单个匹配、多个匹配还是不匹配。在CAM的行中的每一个存储位置与匹配线相连，该匹配线指示在所存储的数据字和搜索字之间比较的的匹配或不匹配结果，并可由优先编码器来处理指示匹配状态的所有匹配线，以确定作为CAM的输出而提供的最高优先级的匹配地址。

上述内容可寻址存储器可确定在搜索数据字和CAM中的实体之间存在单个匹配、多个匹配还是不匹配，其输出结果是匹配或不匹配，这种匹配机制可应用于网络通信。但在许多其他需要进行匹配的应用领域，例如模式识别、人工智能，往往需要判断搜索数据字与CAM中实体之间存在的匹配度或相似度，即两个比较字中匹配位数的程度，匹配位数越多，说明这两个比较字越相似，识别的准确率就越高。

目前，在模式识别、人工智能中，进行匹配度运算都靠高速CPU或DSP进行的，它的方式是将待搜索数据字与模式识别的字库中的模板字一个一个串行比较，这样整体匹配时间比较长，对于大模板库难于进行实时匹配。

此外，2014年1月8日公开的申请号为“201310349930.3”、名称为“一种内容可寻址存储器系统、寻址方法及装置”的中国专利申请揭露了一种通过电压型求大电路实现相似度匹配的方案，但该方案中需要开关电容，将大大增加面积；并且开关电容的速度比较慢，限制了整体CAM的比较速度；此外，电压型求大电路需要对输入电压先进行锁存，然后求大，时序复杂、延迟时间长。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述内容可寻址存储器无法实现相似度匹配及匹配速度慢的问题，提供一种内容可寻址存储器及相似度匹配方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种内容可寻址存储器，包括由M行CAM单元构成的CAM阵列、匹配度求大单元、匹配线读出电路和地址编码器，其中M为大于或等于2的整数，所述CAM阵列中位于同一行的所有CAM单元的尾线连接到匹配度求大单元；所述匹配度求大单元用于将CAM阵列的M行CAM单元中尾线电流最小的一行输出为第一电平信号、其他各行输出为第二电平信号；所述匹配线读出电路用于对所述匹配度求大单元输出的第一电平信号和第二电平信号分别进行调整后输出；所述地址编码器用于将所述第一电平信号调整后的信号所对应的存储地址作为相似度最高的数据字的存储地址输出。

在本发明所述的内容可寻址存储器中，所述匹配度求大单元包括M个输入子单元，且每一输入子单元连接到CAM阵列的一路尾线并将相同大小的恒流源与接入的尾线的电流相减后输出。

在本发明所述的内容可寻址存储器中，所述输入子单元包括第一等比例电流镜、第二等比例电流镜、第三等比例电流镜、恒流源、第一开关管以及第二开关管，其中：所述第一等比例电流镜、第二等比例电流镜、第三等比例电流镜依次连接，且第三等比例电流镜的输出端为该输入子单元的输出端；所述恒流源的输出端经由第一开关管连接到第二等比例电流镜的输入端，第二开关管串接于第二等比例电流镜、第三等比例电流镜之间。

在本发明所述的内容可寻址存储器中，所述匹配度求大单元包括M个求大子单元，该M个求大子单元分别连接到一个输入子单元的输出端，且接入电流最大的一个求大子单元输出高电平、其他求大子单元输出低电平。

在本发明所述的内容可寻址存储器中，每一所述求大子单元包括M个N沟道MOS管，且M个求大子单元中的所有N沟道MOS管构成M×M的MOS管阵列；同一求大子单元的M个N沟道MOS管位于所述MOS管阵列中的同一列且该M个N沟道MOS管的栅极分别连接对应输入子单元的输出端；所述MOS管阵列中同一行的所有N沟道MOS管的漏极相连；所述MOS管阵列中每一行和每一列分别有且仅有一个N沟道MOS管的栅极与漏极连接。

在本发明所述的内容可寻址存储器中，所述匹配度求大单元包括M个非线性转换子单元，且每一非线性转换子单元用于将一个对应的求大子单元输出的高电平转换为第一电平信号、低电平转换为第二电平信号。