[发明专利]TCAM匹配查找方法与装置

说明书

本发明公开一种TCAM匹配查找方法：采用分段查找的方式，将线性查找、分步查找和列表查找相结合实现TCAM匹配查找方式，并通过流水线处理方式提高系统查找性能，所述分段查找，是把要查找的内容分成若干段进行多级查找；所述线性查找法，直接将查找内容作为存储器的访问地址，用访问的结果作为匹配查找结果；所述分步查找采用多分支树查找方法；所述列表查找法，将表项以列表的形式存储到存储器，查找的时候，依次比对存储空间里面的表项配置，寻找匹配查找结果。本发明可实现TCAM查表方式，减少了购买TCAM IP或器件的成本；在难以获得TCAM资源的情况下，更是一种有效的实现路径，提高了资源利用率，且配置更灵活。本发明还提供了相应的TCAM匹配查找装置。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更具体地，涉及一种TCAM匹配查找方法与装置。

背景技术

随着人工智能(Artificial Intelligence，AI)的速度和准确性逐渐接近人脑，各系统越来越依赖数据中心服务器，将应用从边缘连接到云。由于连接到互联网的设备数量激增，加上互联网流量呈指数级增长，所以如今的系统在很多情况下都需要极快的搜索速度。路由器是网络设备的关键组件，需要在接收数据包之后，决定将其发送到何处，以执行互联网协议(Internet Protocol，IP)转发(或称为路由)。如今的路由器需要在大量数据中进行快速查找，以实现快速的数据包路由。需要高速搜索的其他应用还包括CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)、数据库搜索引擎等。

尽管设计人员有多种选择来执行这些搜索，但最有效的方法仍是使用TCAM(Ternary Content Addressable Memory，三态内容寻址存储器)。TCAM将搜索数据和一份列明存储数据的表格进行比对，并返回匹配数据的地址。TCAM搜索功能的运行速度比软件中的同类功能快得多，因此TCAM在网络设备中被大量使用。例如互联网路由器中的地址查找、数据压缩和数据库加速。

TCAM是一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL(Access Control List，访问控制列表)、路由等表项。TCAM中每个比特位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个不关注(don’t care)状态，正是TCAM的这种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找。

使用TCAM器件查找时，TCAM内所有条目是并行访问的，比如，如果有100条ACL条目，TCAM一次就能对这100条ACL进行对比操作，然后返回比对成功的地址,因此TCAM还具有查找性能优势。

TCAM虽然具有性能优势，却需要更大的面积和更高的功耗。与常用RAM(RandomAccess Memory)相比，TCAM中的每个单独的存储位都必须具有比对电路，以检测存储位和输入位之间的匹配情况。此外，在使用TCAM时，由于在搜索时间内并行搜索了所有条目，所以会有大量的电路处于活动状态。因此TCAM的功耗也很高。

使用TCAM查找具有速度快、实现简单的优点，但是也有一些不足：

TCAM作为一种专用的器件，需要额外的IP费用(芯片内使用TCAM时)或器件费用(使用TCAM作为外部器件)，并且有些场景(例如FPGA内)下，TCAM并不容易获得。

由于TCAM使用的是并行匹配比较方式，所以TCAM芯片的功耗较大，因此导致芯片或系统的功耗很大。

发明内容

针对现有技术的以上不足，本发明提供了一种TCAM匹配查找方案，采用RAM进行表项存储和查找，并且通过流水线处理，可获得极高的查找吞吐量，达到一个时钟周期可完成一个查找请求的速度。采用本方法不需要购买相关TCAM IP或器件，可显著降低查找系统成本。同时采用RAM进行存储和查表，对系统的功耗也有显著降低。