[发明专利]基于3D NAND FLASH存储阵列的TCAM及其操作方法

说明书

本公开是一种基于3D NAND FLASH存储阵列的TCAM及其操作方法。该TCAM包括：数据输入单元，包括上下两个相邻的字线，用于加载待搜索数据；数据存储单元，包括上下两个相邻的FLASH存储单元，预先存储数据库数据，以与待搜索数据进行内容比较；控制驱动单元，包括漏极选择管、源极选择管、漏极选择线、源极选择线和位线，用于逻辑功能的控制；匹配结果输出单元，包括一源线，输出三态内容寻址存储器对待搜索数据的查找和匹配结果。由于3D NAND FLASH是非易失性存储器，掉电之后存储的数据不会丢失，在非查找状态不需持续供电，所以相比传统的基于SRAM的TCAM而言，本公开的TCAM没有待机功耗，能够明显降低静态功耗，有效减小电路面积，对未来TCAM系统的设计和应用具有重要意义。

技术领域

本公开涉及半导体器件及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于3D NAND FLASH存储阵列的三态内容寻址存储器及其操作方法。

背景技术

三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)是通过输入内容来查找数据所在的地址，这个性质使得它在稀疏编码、IP路由和近似计算等领域应用十分广泛。

然而，传统的TCAM是基于静态随机存取存储器(SRAM)器件来实现，一个TCAM单元就需要16个CMOS晶体管来构建；同时当TCAM工作在非查找状态时，为了使保存的数据不丢失，整个系统也需要持续供电，待机功耗会很大。

此外，近年来，随着互联网、人工智能和大数据的快速发展，供搜索查找的数据量呈爆炸式增长，传统的TCAM实现方法将会对功耗和电路面积等带来巨大的挑战，因此必须发展一种低功耗、高密度的TCAM实现方法。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提出了一种基于3D NAND FLASH存储阵列的TCAM及其操作方法，以满足人工智能和大数据时代下急剧增长的搜索需求。

根据本公开实施例的一个方面，提供了一种基于3D NAND FLASH存储阵列的三态内容寻址存储器，包括：

数据输入单元，包括上下两个相邻的字线WL，用于加载待搜索数据；

数据存储单元，包括上下两个相邻的FLASH存储单元，用于预先存储数据库数据，以与待搜索数据进行内容比较；

控制驱动单元，包括漏极选择管、源极选择管、漏极选择线DSL、源极选择线SSL和位线BL，用于逻辑功能的控制；以及

匹配结果输出单元，包括一条源线SL，用于输出三态内容寻址存储器对待搜索数据的查找和匹配结果。

上述方案中，在该基于3D NAND FLASH阵列的三态内容寻址存储器中，字线WL连接在用作存储的FLASH存储单元的栅端，漏极选择线DSL连接在漏极选择管的栅端，源极选择线SSL连接在源极选择管的栅端，位线BL连接在漏极选择管的漏端，源线SL连接在源极选择管的源端，FLASH存储单元之间源漏串联连接。

上述方案中，该基于3D NAND FLASH阵列的三态内容寻址存储器在搜索时，首先将待搜索数据转换为相应的电压值加载到字线WL上，对于起控制作用的位线BL、源极选择线SSL、漏极选择线DSL加载合适的驱动电压，源线SL接地，通过感知源线SL输出的电流大小来判断数据匹配的结果。

上述方案中，同一条位线上所连的不同NAND FLASH单元串之间可以进行并行搜索，3D NAND FLASH阵列的不同PAGE之间也可以进行并行搜索，据此可以满足未来TCAM系统的超大规模并行搜索需求。

上述方案中，所述的3D NAND FLASH阵列结构与用作存储器的3DNAND FLASH结构相同，无须作额外改动。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种基于3D NAND FLASH存储阵列的三态内容寻址存储器的操作方法，包括：