(华强电子世界网讯)瑞萨科技公司日前宣布开发出一种嵌入在片上系统（SoC）的有效TCAM（三态内容寻址存储器）技术，用于通信和类似设备中。对一个4.5-Mbit的动态TCAM*1试验芯片的测试结果证实，与普通TCAM相比，其芯片尺寸大约缩小了60%，工作在更快的143 MHz下，具有1.1 W的低功耗，同等于4.5-Mbit容量的普通存储器，具有更多的存储单元。
    
     CAM是一种存储器，通过将来自外部的并行输入数据和存储的数据进行比较，执行高速搜索，以前用作计算机的高速缓冲存储器或虚拟存储器控制。随着近年来网络的快速发展（因特网是其典型代表），CAM作为可以提高路由选择速度的器件，受到人们的关注。在网络应用中，存储单元中必须存储三种数据状态：“0”、“1”和“无关”。具有这种功能的CAM称作TCAM 。
    
    

    
      但是，TCAM存在以下3个问题，因此长时间以来，它们主要用于相对高端的系统。
    
    
      （1）芯片尺寸大
    
      除了基于SRAM的存储器单元外，也提供称作优先编码器的特定CAM逻辑电路，由于输入数目的增加，导致逻辑电路的尺寸急剧增大。
     
      （2）功耗更高
    
      CAM必须在进行搜索的整个存储空间内工作，因此，凭借只在需要的位置进行操作，来减小功耗的方法是行不通的。而且，必须进行高速操作，其结果是在几兆比特量级时，功耗接近10 W。
    
      （3）提高存储单元数量很困难
    
      通常，大容量存储器具有由备用存储列组成的冗余电路，如果一些存储单元有缺陷，可以使用冗余电路代替有缺陷的列，从而提高存储单元数量。但是，在CAM中使用这样的冗余电路很困难，因此很难提高存储单元数量。
    
      开发出的解决上述问题的新技术如下：
    
      1.管道式分层搜索（PHS）技术
    
     大多数CAM的功耗是由于在CAM单元中执行搜索的搜索线，和在搜索中确定不匹配的匹配线所需的充电电流和放电电流造成。开发PHS技术的目的是减少此功耗。PHS技术包括如下内容：
    
    
      (1) 匹配线是分层结构，包括连接CAM单元的局部匹配线和成束全程匹配线
    
     (2) 进行“局部匹配线→全程匹配线→输出结果”这样的管路式输送。
    
      使用PHS技术，通过下面的方法达到更低的功耗。
    
    
      1-1) 低电压搜索
    
     由于PHS技术将搜索分为几个阶段，因此可以用一个时钟周期进行局部匹配线放电，即使匹配线和搜索线电压降低，也可以在很高的速度下进行操作。在试验芯片中，通过在更低的1.0 V电压下（与1.5 V电压相比）驱动存储器阵列、匹配线和搜索线，功耗大约减小了70%。
    
    
      1-2) 省电选项
    
     典型CAM工作情况下，由于大多数输入没有匹配的数据，匹配线被放电，如果将放电降至最低，可以显著减小电源功率。省电是一种电路技术，即通过进行分为两级或多级的管道类型的搜索，处理这一问题。
    
     在试验芯片中，省电操作过程如下。
    
     (a) 将144-位的搜索分为两个72-位阶段。
    
     (b) 在最初的72-位搜索中没有匹配线的存储块，在进一步的搜索中将不会产生匹配，因此不需要继续搜索这个存储块。
    
     (c) 因此，如果存储块没有匹配，在下一个搜索阶段不进行搜索线激活。
    
     (d) 由于不进行搜索线激活，也不进行匹配线放电。
    
     这种方法与上述的低电压搜索技术一起，可以进一步减小功耗。
    
      优先编码器是最终输出具有优先权的匹配地址的电路。当匹配结果传输到这些电路时，使用对存储块增加优先权顺序的方法，可以减小优先编码器电路的规模。
    
      2. 改进相移冗余电路
    
      在CAM中使用冗余电路时，字线和匹配线之间、匹配线和优先编码器之间的连接和替换过程是很复杂的，需要很大的电路尺寸。这种情况下，使用相移冗余方法并进行了改进，使得字线和匹配线同时替换，而不增加电路尺寸。使用新的布局方法，使优先编码器和行译码器相邻，抑制芯片尺寸的增加，使得电路尺寸较小。
     
      3. 使用DRAM类型的存储单元
    
      与通常使用的SRAM类型存储单元相比，设计出一种适用于CAM结构的，使用晶体管数量很少的DRAM类型的存储单元。结果是，可以达到3.59μm2 的单元尺寸，大约是普通存储单元的一半。更小的单元尺寸意味着更短的搜索线和匹配线线路长度，从而实现低电压工作。
    
      与普通技术相比，使用上述技术和130 nm工艺制作的4.5-Mbit TCAM试验芯片，具有下面的结果。
    
      (1) 芯片尺寸大约减小40%
    
      (2) 在143 MHz工作频率下，功耗是1.1 W，功耗大约减小85%。
    
      (3) 通过使用相移冗余电路，预计存储单元数量可以增长到普通大容量存储器的水平。
    
      这些技术是提高使用TCAM的片上系统的性能和提高成本效率的极有希望的技术。