低功率的内容可寻址存储器在深亚微米技术实现

文摘

本文基本凸轮(内容可寻址存储器)细胞执行匹配和不匹配操作。凸轮提供了快速数据搜索操作也是作为搜索引擎。NAND闪存单元块的CAM单元包含数组(1×8)和细胞块数组(4 x32)。本文在45纳米技术(晶体管上浆),使用1 v的电源电压。CAM单元中存储的数据将较低swing搜索数据行。细胞的NAND也不match-lines块匹配线将减少功耗。拟议中的LSSL(低Swing搜索线)凸轮架构使用NAND和和数组以减少电力和增加的速度。它还降低了SL权力通过减少搜索线的转换活动。

关键字

LSSL-CAM, SL (search-lines),毫升(match-lines)交换活动,内容可寻址内存,低功率。

介绍

摘要凸轮(内容可寻址存储器)比较搜索数据以及存储的数据在一个时钟周期,并返回的地址找到匹配数据。凸轮的使用数据库,查找表,数据压缩、路由器。凸轮消耗更多的电力由于SL的存在和ML的搜索操作大量的电路是活跃和消耗更多的能量。存储单元由一个词匹配电路,搜索词寄存器和地址编码器。凸轮的主要力量是被高度电容毫升和SL的充电和放电的每一周期。NAND凸轮消耗最少的能量但缓慢,因为只有highly-precharged毫升通过许多晶体管串联放电。也没有凸轮是最快但消散最大的权力,因为所有highprecharged曼梯·里的除了一个通过许多晶体管并联放电。实现低功率和高速度和NAND和凸轮组合在一起,LSSL(低Swing搜索线)凸轮结构。

LSSL-CAM的概念(低Swing搜索线)被从Byung-Do杨和Lee-Sup金[2]。这给低swing开关电压使用NAND和知识也没有凸轮的一起低功率和高速度。方案提出的k . Pagiamtzis[1]告诉凸轮比较输入的搜索数据和存储数据和返回地址找到匹配的地方。这里强调的高容量凸轮,它给出了precharge-high传感拼接线方案以及技术,节省了拼接线包括lowswing传感和当前储蓄计划。切割技术引入h . Miyatake等[4]用pmos告诉新凸轮细胞拼接线司机减少搜索冲击电流和功耗,允许NOR-type拼接线结构适合高速搜索操作。这个方案通过i Arsovski和a . Sheikholeslami[4]给出了一个拼接线传感方案,分配更少的功率匹配决策涉及大量的不匹配的部分。在[5]Cache-CAM缓存的主要目的是提高性能和Cache-CAM的主要目的是减少能耗。

图3。给出了一个凸轮的结构由一系列记忆细胞,一个搜索词注册一个词匹配电路和地址编码器。上面的CAM单元可以实现使用NAND凸轮细胞或细胞也没有凸轮。的记忆细胞是由二进制凸轮记忆细胞可以存储“0”或“1”。三元凸轮记忆细胞可以存储“0”,“1”或“x”(不在乎)。搜索数据与所有数组的凸轮比较记忆细胞,发现匹配的单词。在凸轮的主要量细胞被SL和毫升。许多技术已经发明了ML的降低功耗。其中许多是基于高速和凸轮的类型。少一些技术减少了ML权力分配能力不匹配的毫升或通过降低摆动电压的毫升用电荷共享毫升激活毫升的计划减少使用预先建立凸轮和一些技术降低静态功耗的match-lines分配能力不匹配的曼梯·里的少。 Some are based on low-power NAND-type CAM where the tree AND type ML scheme improves the searching speed. The Techniques are also been invented to reduce the SL power consumption. The pipelined Hierarchical search scheme reduces the search-line power by activating a few Sub-SL’s selected in the preceding pipeline stage but has an increased latency and area overhead due to pipelined stages. In this paper, a low power CAM using low swing search lines (LSSL-CAM) is being proposed. This method helps in reducing the SL power by comparing the stored data with low swing search data on SL’s. It also reduces the ML power by modifying the pulsed NAND-NOR CAM (PNN-CAM) architecture in [8].

体系结构

答:低Swing搜索线凸轮的概念

图4。显示的操作在传统NOR-CAM NOR-cell搜索一双SL (SL和SL_b)数据与存储的数据匹配或不匹配。最初的搜索线对地放电,毫升预先VDD。然后SL或SL_b VDD带电。匹配情况下毫升排放在不匹配的情况下,地面和ML仍然在VDD。

图5。显示的操作NOR-cell LSSL-CAM提议。比较搜索数据以及存储数据在一双SL, NMOS晶体管和偏置电流Ibias添加如图所示。M0、M2和Ibias就像一个差分放大器。matchline排放到地面或仍在SL VDD根据电压和SL_b。在不匹配的情况下,电压SL和SL_b VH和六世。如果M2的栅电压高于M0那么当前Ibias流经M2如图5所示(一个)。毫升是因此对地放电。在匹配情况下的电压SL和SL_b六世和VH,并通过M0 Ibias流。毫升是VDD。 The currents in M0 and M2 changed according to VSL. The swing voltage of SL in LSSL-CAM is much smaller than in conventional CAM’s.

b . NOR-cell LSSL-CAM块

在LSSL-CAM NOR-cell块的操作。当前提供电路生成一个Ibias电流的电路。在这个示意图Ibias由ML_EN控制和ML_ON为了减少功耗ML_EN信号时毫升。最初的“1”然后ML被VDD。匹配情况下毫升是高所以信号ML_sense是零输入一个逆变器,进一步是反向的,作为一个与门的输入。另一个信号,门是ML_EN“1”所以输出ML_NOR将“1”。在不匹配的情况下毫升将留在VDD ML_sense输出将是和一个与门的输入是0和1的输出在ML_NOR将“0”。毫升传感电路有助于识别ML.当比赛线路电压的电压降“VML”变得比PMOS晶体管的阈值电压ML_sense节点被指控VDD ML_ON信号变成了零。少量的电流我用来降低电压毫升。Ibias控制方案降低了功耗在所有不匹配毫升的VML通过限制电压。

c . LSSL-CAM的体系结构

LSSL-CAM架构是基于脉冲NAND-NOR凸轮(PNN-CAM) [8]。此体系结构使用NAND-CAM和NOR-CAM的优点。NAND-CAM消耗少量的权力,但它在操作是缓慢的。相反在NOR-CAM非常快但消耗更多的电力。提出NAND-NOR架构用于LSSL-CAM降低激活NOR-cell块的数量。所有NAND-cell块被激活但它消耗更少的能量。在ML LSSL-CAM消耗少量的通过限制电压VML摆动。它使用一个全面展开几SL的NAND-cells和低电压摆动电压NOR-cells SL的大部分。所以SL的力量将会显著降低。在LSSL-CAM的主要架构分为ML_block和L ML_block复制品。 Each match line block consists of an NAND-cell block and 4 NOR-cell blocks. The NAND-cell block and NOR-cell block have” K” NANDcells and “N” NOR-cells respectively. So in each ML_block there are totally “k+4xN” CAM cells. To generate the control signals needed for ML sensing operation, the LSSL-Cam uses replica NOR-cell block as in PNN-CAM [8]. The delays of GML_EN signal and ML_OE are well matched to send an exact signal to all ML_block.

图7。显示了实现的原理LSSL-CAM阵列128 x136凸轮记忆细胞。LSSL_CAM是使用45 nm制程技术与实现1 v的电源电压。ML_block有8位NAND-cell块和32位NOR-cell块。8 SL NAND-cells使用全面的电压和SL的NORcell使用低电压摆动。在这个LSSL-CAM最初当GML_EN信号“1”如果匹配在NANDcell块然后排放为零,然后ML_en_b将零相反ML_EN将一个信号。ML_EN信号激活NOR-cell块和所有高输入值在一起通过一个4输入和门ML_output信号“1”。输出ML_NOR在副本ML_block作为输入SR门闩“S”,输入“R”是从GML_EN所以SR门闩Q等于零的输出输入信号时高。输出信号的SR闭锁延迟添加使用4串联逆变器,它是作为4输入与门和ML_output是零。

d . LSSL-CAM架构的特性

e .性能比较

结论

摘要LSSL-CAM低swing搜索线技术被显示。凸轮细胞作为放大器,也比较搜索数据在内存中存储的数据。LSSL-CAM降低功耗在凸轮用NAND型凸轮和增加的速度通过凸轮和类型。它也降低了功耗的match-lines通过使用低swing NAND-NOR match-lines类型。凸轮阵列设计和制造使用45 nm制程技术与1 v的电源电压。低swing搜索线凸轮技术消耗的电力只有大约9%使用传统动态NOR-type凸轮。它的最大工作频率是200 mz。

引用

1. [1]k。Pagiamtzis and A.Sheikholeslami, “Content-Addressable Memory(CAM) circuits and architectures: A tutorial and survey,” IEEE J. Solid State Circuits, vol.41,no.3. 712-727. Mar.2006.
2. [2]B.-D。杨和L.-S。金”,一个低功率凸轮使用脉冲NAND-NOR拼接线和charge-recycling search-line司机,“IEEEJ。固体状态电路,55卷,没有。6日,页。1736 - 1744年Aug.2005。
3. [3]h . y .李等等。,“An AND-type match-line schme for high-performance energy-efficient Content Addressable Memories,” IEEE J. Solid State Circuits, vol. 41, no.5, pp. 1108-1119, May 2006.
4. [4]h . Miyatake等等。,“A design for high speed low-power CMOS fully parallel content-addressable memory macros,” IEEE J. Solid State Circuits, vol. 36, no. 6, pp. 956-968, June 2001.
5. [5]i Arsovski和。sheikholeslami”mismatch-dependent功率分配的拼接线传感技术内容可寻址的记忆,“IEEE j .固态电路,38卷,没有。11日,页。1958 - 1966。2003年11月。
6. [6](Kostas piagiamtzis和阿里Sheikholeslami”,使用缓存来减少权力内容可寻址的记忆(摄像头)、“IEEE J,固态电路,第372 - 369页,2005年6月。
7. [7]i arsovski和A . sheikholselami”一个活期存款拼接线传感方案内容可寻址的记忆,“在IEEE国际固态电路会议技术消化,2003年,页304 - 305494。