[发明专利]一种基于电流模测量的近似搜索TCAM匹配系统

说明书

本发明公开了一种基于电流模测量的近似搜索TCAM匹配系统，包括TCAM阵列和感测放大器，TCAM阵列作为前级电路，感测放大器作为后级电路，用于接受TCAM阵列中每行TCAM单元输出的模拟电流信号并转化为与不匹配度等量的数字脉冲。本发明充分利用了TCAM的匹配放电特性实现了全新的TCAM近似搜索阵列及测量电路的设计，实现了搜索不匹配比特数的测量，并获得了存储阵列的可扩展性。

技术领域

本发明涉及存算一体领域，尤其涉及一种基于电流模测量的近似搜索TCAM匹配系统，考虑运用电流模测量方法，用于具有近似搜索功能的低功耗高性能TCAM设计。

背景技术

大数据时代，存储器与处理器之间的数据交互已经成为计算机架构性能的短板。作为最具潜力的解决方案之一，存算一体在并行搜索等方面已经取得了巨大进展。三态内容寻址存储器(Ternary content addressable memory，TCAM)在高并行寻址的同时还实现了仅部分关键词匹配的功能而引发广泛关注。TCAM独特的功能使得其在包括路由器、数据挖掘、人工智能模型等方面有非常广泛的应用。

在器件方面，基于CMOSMOS管的TCAM暴露出面积大，能效低等问题。为此，新型非易失器件被引入存储领域，其中包括铁电场效应MOS管(Ferroelectric field effecttransistor，FeFET)，磁隧道结(Magnetic Tunnel Junctions)等。基于FeFET的基本TCAM存储单元结构已经成功应用于少样本学习硬件架构等场景中。

在功能方面，传统TCAM的精确搜索模式需要搜索数据与存储内容完全匹配。其面对用户产生的海量数据时大多输出不匹配信号，高并行硬件搜索模块带给系统的能效提升有限，反而会带来大量能耗开销与搜索时间的浪费。近似搜索输出与搜索数据最接近的存储内容，通过允许合理容错范围内的输出偏差，可大大减少搜索时间与功耗，缓解只能准确搜索有限数据的CAM硬件规模成本与海量数据查询搜索操作的矛盾。如何得到搜索数据与存储内容之间不匹配度的定量比较结果，这一技术问题尚未被完全攻克。

发明内容

本发明的目的在于针对目前已有的精确搜索TCAM工作效率较低，能耗与延时较大的问题，提供一种基于电流模测量的近似搜索TCAM匹配系统，获得更低的能量延时积。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于电流模测量的近似搜索TCAM匹配系统，包括TCAM阵列和感测放大器，TCAM阵列作为前级电路，感测放大器作为后级电路，用于接受TCAM阵列中每行TCAM单元输出的模拟电流信号并转化为与不匹配度等量的数字脉冲。

进一步地，TCAM单元的电流测量方法包括：取消原先VDD对ML的预充电机制，将原有ML接VDD维持在高电压，将TCAM对地输出作为新的ML并将输出电流作为测量指标。

进一步地，感测放大器包括依次电连接的输入传输门、电容、输出传输门和施密特触发器，感测放大器工作时，输入电流信号依次经过使能控制与输出信号控制的输入传输门，对电容进行充电，电容输出电压通过施密特触发器输出，输出信号反馈至与放电传输门。

进一步地，输入传输门有两个，分别为第一传输门TG1、第二传输门TG2，放电传输门有两个，分别为第三传输门TG3和第四传输门TG4，同向器有两个，分别为第一同向器和第二同向器；

由使能信号V_EN与输出反馈信号V_SPIKE分别控制的第一传输门TG1与第二传输门TG2串联，作为前级TCAM阵列与测量电容之间的隔离；

TCAM阵列输出电流经过第一传输门TG1与第二传输门TG2后对电容C_SA充电，使得电容C_SA输出电压线性升高，电容C_SA另一端接地；