[发明专利]一种单元电路及其动态三态内容寻址存储器

说明书

本发明公开了一种单元电路及其动态三态内容寻址存储器。单元电路包括：写操作开关，纳米机电继电器和搜索操作开关。纳米机电继电器包括栅极、漏极和源极，其中漏极和源极之间的通断状态或阻抗状态用来表示所存储的数据。写操作开关与所述纳米机电继电器的栅极连接，以对纳米机电继电器内存储的信息进行写操作；搜索操作开关与纳米机电继电器的漏极或源极连接，用于检测输入数据是否与所述纳米机电继电器内存储的数据匹配。本发明利用纳米机电继电器有效降低了三态内容寻址存储器的写操作功耗，同时提高了三态内容寻址存储器的能量效率，是一类低功耗低延时的动态三态内容寻址存储器。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种单元电路及其动态三态内容寻址存储器。

背景技术

如今，在大数据的背景下，很多的应用需要对数据进行频繁且高并行的搜索操作，以寻找是否有与输入相匹配的数据，这些应用包括传统的路由表、地址映射或转换、新兴的机器学习、DNA序列匹配等等。频繁且高并行的搜索操作不仅要求系统具有较强的算力，而且对存储器的带宽以及延时都有较高的要求。然而，由于存储墙的限制，传统的处理器加存储器的搭配在面对这些应用的时候往往存在较大的带宽和延时瓶颈。

为了更好地满足频繁且高并行的搜索需求，三态内容寻址存储器(TernaryContent Addressable Memory，TCAM)被学界和工业界广泛运用。TCAM是从内容寻址存储器(Content Addressable Memory，CAM)的基础上发展而来的。CAM的基本操作包括写操作和搜索操作。CAM的每个单元有两种存储状态，即‘0’和‘1’。写操作可以改变CAM单元的状态，而搜索操作可以检测输入数据是否与存储的数据匹配。其中写操作是按行进行的，即每次只能对阵列中的某一行进行写操作。而搜索操作是全阵列同时进行的，即阵列中所有行都与输入数据做对比，判断是否与输入数据匹配或者一致。如果某一行所存储的数据与输入数据完全匹配，则返回该行数据所在的地址。可以看出，搜索操作是一个并行度高、且在存储器内部完成的操作，不涉及数据的搬运过程。与CAM相比，TCAM除了存储‘0’和‘1’，还可以存储一个额外的无关状态‘don’t care’或者‘X’。无关状态是指无论输入的数据是‘0’还是‘1’，无关状态总是与输入匹配，这意味着TCAM不仅可以像CAM一样做精确匹配，还可以做模糊匹配。