用于三元内容可寻址存储器的伪nor单元的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开一般涉及三元内容可寻址存储器（TCAM)。具体而言，本公开涉及TCAM的伪 NOR架构。
[0002] 背景
[0003] TCAM通常被用于路由器和以太网交换机中以用于网际协议（IP)地址转发。存储 元件通常使用动态N0R/NAND(或非/与非）类型单元来设计。
[0004] 内容可寻址存储器（CAM)支持读取操作、写入操作、以及比较操作。与CAM中条目 的宽度（例如，每字比特）相同的比较总线在时钟边沿处输入。比较总线的数据与CAM中 的每个条目同时进行比较。也就是说，比较是并行发生的，因此总线可在一个时钟循环期间 与CAM中的每个条目进行比较。当条目中的每个比特与比较总线中的对应比特相匹配时， 条目是匹配。替换地，当条目中的任何比特与比较总线中的对应比特不相匹配时，条目是失 配。CAM中的条目的比特或为0,或为1。
[0005] TCAM类似于CAM，外加可存储于单元中的掩码值。该掩码值可被称为本地掩码。掩 码值不与比较比特进行比较，由此比较结果将总是匹配。
[0006] 图1解说常规TCAM100的架构。如图1中所解说的，搜索字（诸如，"1101"）被 输入到TCAM100的寄存器150。该搜索字与TCAM单元110中所存储的值进行比较。TCAM 通常每级具有16个TCAM单元。搜索跨TCAM单元110同时进行。TCAM单元110的内容可 以是高比特（1)、低比特（0)、或掩码值（X)。在搜索之前，每组TCAM单元120-126的匹配 线130-136被设置为高。匹配线130-136被输入到优先级编码器140。TCAM100输出（ML fl5a)与搜索字线相匹配的那组TCAM单元的地址。由于该搜索是并行搜索，所以该搜索可在 一个时钟循环中完成。应注意，掩码值可以是〇或1，此外，在本公开中，掩码值可被称为X。
[0007] 作为示例，如图1中所解说的，第一组TCAM单元120被设置成"IX01"，第二组 TCAM单元122被设置成"10X1"，第三组TCAM单元124被设置成"1IXX"，并且第四组 TCAM单元126被设置成"IXIX"。在将TCAM单元的内容与搜索比特进行比较时，在TCAM 单元的内容为掩码值X的情况下，该比较将产生匹配。因此，根据图1中所解说的示例，第 一组TCAM单元120和第三组TACM单元124与寄存器150中的搜索字相匹配。相应地，第 一组TCAM单元120和第三组TCAM单元124的匹配线130、134将指示匹配，并且优先级编 码器140输出第一组TCAM单元120和第三组TCAM单元124的地址。
[0008] 常规TCAM架构是动态电路并且具有高动态功率耗散。在一些情形中，TCAM可具 有动态NAND架构。在其他情形中，TCAM可具有动态NOR架构。
[0009] 图2解说了常规动态NANDTCAM200。如图2中所解说的，动态NAND架构200包 括从上拉晶体管210通过预充电线PRE#充电的匹配线MLNAND。匹配线MLNAm被连接至一连 串中间匹配线MU-MLm。中间匹配线MU-MLm中的每一条中间匹配线经由传输门被耦合至 掩码单元Maskd-MasU和键单元Key「KeyM。传输门包括親合至键单元Keyd-KeyM的键 NM0S晶体管202以及耦合至掩码单元Mash-Mask^的掩码NM0S晶体管204。
[0010] 掩码单元Mask^-Mask^的内容在展开掩码单元222中解说。如展开掩码单元222 中所示，掩码单元Mash-Mask^是SRAM单元，其包括掩码值M、掩码值逆（bar)M#、掩码字线WLM、掩码比特线BLM、以及掩码比特线逆BLM#。键单元Key^KeyM的内容在展开键单元220 中解说。如展开键单元220中所示，键单元Key^KeyM是具有XNOR逻辑的SRAM单元。键 单元Key^KeyM还包括搜索线SL、搜索线逆SL#、键比特线BLK、键比特线逆BLK#、键值K、 键逆值K#、以及键写入线WLK。
[0011] 在动态NANDTCAM架构中，匹配线被预充电为高并在评估为低时指示匹配。即，预 充电信号在每个循环期间被用于每条匹配线以将匹配线设置为高。取决于掩码单元或键单 元的状态，匹配线可被拉低或保持为高。每条中间匹配线与掩码单元及键单元相关联。此 外，每个键单元进一步包括XNOR逻辑。动态NANDTCAM使用串行操作。因此，当先前的中 间匹配线（n-2)被拉低以指示匹配时，中间匹配线（n-1)可放电（例如，与搜索线的值进 行比较）。也就是说，当存在匹配时操作从一条中间匹配线（n-2)继续到后续中间匹配线 (n-1)，而当存在失配时，停止穿过中间匹配线前进。
[0012] 在动态NORTCAM架构中，匹配线被预充电为高并在评估为低时指示失配。大多数 比较产生失配，因此动态NOR由于从高向低切换以指示失配而具有增加的功耗。此外，动态 NOR具有复杂的定时控制，这是因为预充电信号在每个时钟循环中被每个匹配线使用。
[0013] 图3解说常规动态NORTCAM300。如图3中所解说的，动态NORTCAM300包括键 单元Keya-Key^和掩码单元Maska-Mask^。通常，NORTCAM(诸如图3的NORTCAM300)可 具有16个键单元和掩码单元。数据是经由搜索线（SI^-SLm和SL^-SLm#)输入的。数据 与键单元KeyfKeyM和掩码单元Maskd-Maskj^中所存储的值进行比较。匹配线MLNQK和搜索 线（SU-SU和SLW-SLj)从上拉晶体管303通过预充电线PRE#预充电为高。当经由搜索 线（SLa-SI^和SLaft-SI^#)之一输入的数据与单元Keya-Keyj^Maska-Maskj^之一中所存 储的数据之间存在失配时，匹配线MLN〇K将评估为低。当所有单元Keyd-Key^Maskd-Maslvi 的值匹配于输入数据时，匹配线保持为高。
[0014] 键单元Keyd-Key^的结构在展开键单元330中解说，而掩码单元MaskfMask^的 结构在展开掩码单元333中解说。如展开键单元330中所解说的，键单元KeyfKeyM是通过 SRAM单元来实现的。在比较操作期间，键逆K#与搜索线SL进行与操作。键单元Keyd-KeyM 包括比特线BLK、比特线逆BLK#、以及字线WLK。
[0015] 如展开掩码单元333中所解说的，掩码单元Mask^-Mask^是通过SRAM单元来实现 的。在比较操作期间，掩码逆K#与搜索线逆SL#进行与操作。掩码单元Maskd-Mask^包括 比特线BLM、比特线逆BLM#、以及字线WLM。
[0016] 表1是动态NORTCAM的真值表。表1示出基于掩码单元（M)、键单元（K)、以及搜 索线（SL和SL#)的值的匹配线的值。应注意，状态是指存储元件（键单元和掩码单元）的 状态。当键比特具有值0时状态为0,当键比特具有值1时状态为1，并且当掩码比特和键 比特均为1时状态为X。状态X是指既不存在匹配又不存在失配的掩码状态，更确切地，在 搜索线的值与掩码单元及键单元的值之间不存在比较的掩码状态。因此，匹配线常常指示 匹配。
[0017]
【主权项】
1. 一种三元内容可寻址存储器（TCAM)内的方法，所述方法包括： 在当前TCAM级的上拉晶体管的栅极处接收来自先前TCAM级的第一匹配线输出； 在所述当前TCAM级的下拉晶体管的栅极处接收所述第一匹配线输出； 当所述第一匹配线输出指示失配时，经由所述下拉晶体管将所述当前TCAM级处的匹 配线逆设置为低值；以及 当所述第一匹配线输出指示匹配时，经由所述上拉晶体管将所述当前TCAM级处的匹 配线逆设置为高值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括： 当所述第一匹配线输出指示匹配时，将搜索值与所述当前TCAM级的单元的数据进行 比较。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：经由所述当前TCAM级的第二 匹配线输出将所述比较的结果输出给后续TCAM级。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单元是静态随机存取存储器（SRAM)单 JL〇
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个TCAM级至少包括所述上拉晶体管、所述 下拉晶体管、搜索线、掩码单元、所述匹配线逆、第二匹配线输出、和键单元。
6. -种三元内容可寻址存储器（TCAM)，包括： 用于在当前TCAM级处接收来自先前TCAM级的匹配线输出的上拉装置； 用于在所述当前TCAM级处接收来自所述先前TCAM级的所述匹配线输出的下拉装置； 用于当来自所述先前TCAM级的所述匹配线输出指示失配时，经由所述上拉装置将所 述当前TCAM级处的匹配线逆设置为低值的装置；以及 用于当来自所述先前TCAM级的所述匹配线输出指示匹配时，经由所述下拉装置将所 述当前TCAM级处的所述匹配线逆设置为高值的装置。
7. 如权利要求6所述的TCAM，其特征在于，进一步包括： 用于当来自所述先前TCAM级的所述匹配线输出指示匹配时，将搜索值与单元的数据 进行比较的装置。
8. 如权利要求7所述的TCAM，其特征在于，进一步包括：用于将所述比较的结果输出给 后续TCAM级的装置。
9. 如权利要求7所述的TCAM，其特征在于，所述单元是静态随机存取存储器装置。
10. 如权利要求6所述的TCAM，其特征在于，每个TCAM级至少包括所述上拉装置、所述 下拉装置、搜索装置、掩码存储器装置、所述匹配线逆、匹配输出装置、和键存储器装置。
11. 一种三元内容可寻址存储器（TCAM)，包括： 上拉晶体管堆叠，其配置成在当前TCAM级处接收来自先前TCAM级的第一匹配线输出， 当所述第一匹配线输出指示失配时，所述上拉晶体管堆叠将所述当前TCAM堆叠处的匹配 线逆设置为低值；以及 下拉晶体管，其配置成在所述当前TCAM级处接收所述第一匹配线输出，当所述第一匹 配线输出指示匹配时，所述下拉晶体管将所述当前TCAM级处的所述匹配线逆设置为高值。
12. 如权利要求11所述的TCAM，其特征在于，进一步包括： 键单元，其配置成当所述第一匹配线输出指示匹配时，将搜索值与所述键单元的数据 进行比较；以及 掩码单元，其配置成当所述第一匹配线输出指示匹配时，将搜索逆值与所述掩码单元 的数据进行比较。
13. 如权利要求12所述的TCAM，其特征在于，进一步包括：第二匹配线输出，其配置成 将所述当前TCAM级的所述比较的结果输出给后续TCAM级。
14. 如权利要求12所述的TCAM，其特征在于，所述键单元和所述掩码单元是静态随机 存取存储器（SRAM)单元。
15. 如权利要求11所述的TCAM，其特征在于，每个TCAM级至少包括所述上拉晶体管堆 叠、所述下拉晶体管、搜索线、掩码单元、所述匹配线逆、第二匹配线输出、和键单元。
【专利摘要】三元内容可寻址存储器(TCAM)内的方法包括：在当前TCAM级的上拉晶体管的栅极处和在当前TCAM级的下拉晶体管的栅极处接收来自先前TCAM级的匹配线输出。当来自先前TCAM级的匹配线输出指示失配时，该方法经由下拉晶体管将当前TCAM级处的匹配线逆设置为低值。当来自先前TCAM级的匹配线输出指示匹配时，该方法还经由上拉晶体管将当前TCAM级处的匹配线逆设置为高值。
【IPC分类】G11C15-04
【公开号】CN104813405
【申请号】CN201380060697
【发明人】R·瓦蒂孔达, N·德塞, C·郑
【申请人】高通股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年12月20日
【公告号】US8891273, US20140177310, WO2014105680A1