DE102020133802B4 - ACCESSING AN ASSOCIATIVE MEMORY - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Zugriff auf einen Speicher, wobei der Speicher ein Assoziativspeicher ist und eine Vielzahl von Datenwörtern aufweist, deren jedes n Speicherzellen aufweist,- bei dem ein Codewort eines k-aus-n-Codes in dem Speicher gesucht wird, wobei für mindestens eines der Datenwörter anhand des Codeworts ein Trefferkriterium bestimmt wird,- bei dem das Trefferkriterium für jedes der mehreren Datenwörter in Bezug auf mindestens ein anderes Datenwort bestimmt wird.Method for accessing a memory, the memory being an associative memory and having a multiplicity of data words, each of which has n memory cells,- in which a code word of a k-out-of-n code is searched for in the memory, with at least one of the Data words based on the code word a hit criterion is determined - in which the hit criterion is determined for each of the plurality of data words in relation to at least one other data word.
Description
Die Erfindung betrifft einen effizienten Zugriff auf einen Assoziativspeicher.The invention relates to efficient access to an associative memory.
Aus
Ein Assoziativspeicher oder auch inhaltsadressierbarer Speicher (engl.: „Content Addressable Memory“, CAM) ist eine Speicherform, bei der mit der Assoziation von Inhalten gearbeitet wird, um auf einzelne Speicherinhalte zuzugreifen. Eine weitere Umschreibung inhaltsadressierbarer Speicher ist es, dass der Zugriff auf einen Speicherinhalt über die Eingabe eines Speicherwerts und nicht über eine Speicheradresse erfolgt.Associative memory or content-addressable memory (CAM) is a form of memory that works with the association of content in order to access individual memory contents. A further description of content-addressable memory is that access to memory content takes place via the input of a memory value and not via a memory address.
Im Hinblick auf die Architektur und Funktionsweise von Assoziativspeichern wird auf [K. Pagiamtzis, A. Sheikholeslami: Content-Addressable Memory (CAM) Circuits and Architectures: A Tutorial and Survey, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.41, No.3, März 2016, Seiten 712 bis 727] verwiesen.With regard to the architecture and functionality of associative memories, reference is made to [K. Pagiamtzis, A. Sheikholeslami: Content-Addressable Memory (CAM) Circuits and Architectures: A Tutorial and Survey, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.41, No.3, March 2016, pages 712 to 727].
Eine Aufgabe besteht darin, bestehende Lösungen zu verbessern und insbesondere einen effizienten Ansatz zur Nutzung eines Speichers, insbesondere eines Assoziativspeichers, zu schaffen.One task is to improve existing solutions and in particular to create an efficient approach to using a memory, in particular an associative memory.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is solved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in particular in the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Zugriff auf einen Speicher vorgeschlagen, wobei der Speicher ein Assoziativspeicher ist und eine Vielzahl von Datenwörtern aufweist, deren jedes n Speicherzellen aufweist,
- - bei dem ein Codewort eines k-aus-n-Codes in dem Speicher gesucht wird, wobei für mindestens eines der Datenwörter anhand des Codeworts ein Trefferkriterium bestimmt wird,
- - bei dem das Trefferkriterium für jedes der mehreren Datenwörter in Bezug auf mindestens ein anderes Datenwort bestimmt wird.
- - in which a code word of a k-out-of-n code is searched for in the memory, with a hit criterion being determined for at least one of the data words on the basis of the code word,
- - in which the hit criterion for each of the plurality of data words is determined in relation to at least one other data word.
Der Assoziativspeicher kann zumindest teilweise als ein RRAM ausgeführt sein.The associative memory can be embodied at least in part as an RRAM.
Hierbei ist es von Vorteil, dass durch die Verwendung der Codewörter eine deutliche Einsparung an Speicherzellen ermöglicht wird im Vergleich zur Verwendung komplementärer Speicherzellen, bei denen pro Informationsbit zwei Speicherzellen benötigt werden.It is advantageous here that the use of the code words enables a significant saving in memory cells compared to the use of complementary memory cells, in which two memory cells are required per information bit.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Datenwörter des Speichers im fehlerfreien Fall Codewörter des k-aus-n-Codes sind.In a further development, the data words of the memory are code words of the k-out-of-n code when there are no errors.
Vorzugsweise wurde der Speicher zuvor mit einer Menge von Datenwörtern beschrieben. Ein Suchmuster, das ebenfalls ein Codewort ist, wird nun in dem Speicher gesucht. Insbesondere gelten: n>2 und k>0.The memory has preferably previously been written to with a quantity of data words. A search pattern, which is also a code word, is now searched for in memory. In particular: n>2 and k>0.
Es ist eine Weiterbildung, dass jedes Bit des Datenworts durch eine Speicherzelle repräsentiert wird.A development is that each bit of the data word is represented by a memory cell.
Es ist eine Weiterbildung, dass ein binäres Suchwort in das Codewort transformiert wird, bevor das Codewort in dem Speicher gesucht wird.A further development is that a binary search word is transformed into the code word before the code word is searched for in the memory.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Trefferkriterium mindestens eines der folgenden ist:
- - ein perfekter Treffer,
- - ein bester Treffer,
- - kein Treffer,
- - ein schlechtester Treffer,
- - ein i-bester Treffer,
- - ein j-schlechtester Treffer,
- - ein Treffer, der mittels einer k-Bitfehlerkorrektur korrigierbar ist.
- - a perfect hit,
- - a best hit,
- - No hit,
- - a worst hit,
- - an i-best hit,
- - a j-worst hit,
- - a hit correctable by k-bit error correction.
Hierbei sind i,j natürliche Zahlen >1 und k eine natürliche Zahl größer 0. Insbesondere ist es eine Option, dass mehrere Trefferkriterien bestimmt werden können: Beispielsweise kann der beste Treffer oder der zweitbeste Treffer unabhängig davon bestimmt werden, ob ein perfekter Treffer vorliegt.In this case, i,j are natural numbers >1 and k is a natural number greater than 0. In particular, it is an option that multiple hit criteria can be determined: for example, the best hit or the second-best hit can be determined independently of whether a perfect hit is present.
Es ist eine Weiterbildung, dass der k-aus-n-Code ein n/2-aus-n-Code ist.It is a development that the k-out-of-n code is an n/2-out-of-n code.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Trefferkriterium in Bezug auf mindestens einen Schwellwert bestimmt wird.In a further development, the hit criterion is determined in relation to at least one threshold value.
Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Schwellwert vorab oder während der Suche des Codeworts in den Datenwörtern bestimmt wurde/wird.In one development, the at least one threshold value was/is determined beforehand or during the search for the code word in the data words.
Beispielsweise kann das Trefferkriterium relativ in Bezug auf eines der anderen Datenwörter bestimmt sein. So kann der beste Treffer relativ für die Menge der durchsuchten Datenwörter ein Datenwort ausweisen, das kein perfekter Treffer aber der nächstbeste Treffer ist.For example, the hit criterion can be determined relative to one of the other data words. Thus, relative to the set of items searched, the best match may identify a item that is not a perfect match but is the next best match.
Es ist eine Weiterbildung, dass für mehrere Datenwörter mindestens ein Trefferkriterium bestimmt wird in Bezug auf mindestens einen Schwellwert.In one development, at least one hit criterion is determined for a number of data words in relation to at least one threshold value.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Codewort in dem Speicher gesucht wird, indem für eine Menge von mehreren Datenwörtern anhand des Codeworts jeweils das Trefferkriterium pro Datenwort bestimmt wird.In one development, the code word is searched for in the memory by using the code word to determine the hit criterion for each data word for a set of several data words.
Somit können die Datenwörter untereinander hinsichtlich des Trefferkriteriums miteinander und/oder mit mindestens einem Schwellwert verglichen werden.The data words can thus be compared with one another and/or with at least one threshold value with regard to the hit criterion.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Trefferkriterium ein Maß für eine Übereinstimmung zwischen dem Datenwort und dem Codewort ist.In a further development, the hit criterion is a measure of a match between the data word and the code word.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Trefferkriterium in der Zeitdomäne bestimmt wird, indem ein Strom durch die Speicherzellen des jeweils gespeicherten Datenworts für eine vorgegebene Zeitdauer integriert wird.In one development, the hit criterion is determined in the time domain by integrating a current through the memory cells of the respectively stored data word for a predetermined period of time.
Auch wird eine Vorrichtung vorgeschlagen zum Zugriff auf einen Speicher, wobei der Speicher ein Assoziativspeicher ist und eine Vielzahl von Datenwörtern aufweist, deren jedes n Speicherzellen aufweist, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum Durchführen des hierin beschriebenen Verfahrens.A device is also proposed for accessing a memory, the memory being an associative memory and having a multiplicity of data words, each of which has n memory cells, the device being set up to carry out the method described herein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Datenwörter des Speichers im fehlerfreien Fall Codewörter des k-aus-n-Codes sind.In a further development, the data words of the memory are code words of the k-out-of-n code when there are no errors.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Speicher resistive Speicherzellen umfasst.In one development, the memory includes resistive memory cells.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Speicher Teil der Vorrichtung oder separat zu dieser ausgeführt ist.In one development, the memory is part of the device or is designed separately from it.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden weiter ausgeführt im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.The properties, features and advantages described above and the manner in which these are achieved are explained further in connection with the following schematic description of exemplary embodiments which are explained in more detail in connection with the drawings. For the sake of clarity, elements that are the same or have the same effect can be provided with the same reference symbols.
Es zeigen:
-
1 eine beispielhafte Anordnung mit vier Bits, deren jedes zwei zueinander komplementäre Speicherzellen aufweist; -
2 eine beispielhafte Anordnung vergleichbar mit der aus1 mit einer unterschiedlichen Kodierung der komplementären Speicherzellen; -
3 ein Diagramm, das eine Menge möglicher 4-Bit-Wörter zeigt, die in komplementären Speicherzellen eines Assoziativspeichers gespeichert sein können; -
4 ein Diagramm, das die möglichen Kombinationen der Widerstandswerte LRS und HRS für vier Bits in Abhängigkeit von Messleitungsstrom Messzeit zeigt; -
5 eine beispielhafte Anordnung mit acht Speicherzellen, deren Inhalt mit einer Bitfolge eines Codeworts eines k-aus-n-Codes, verglichen wird; -
6 ein symbolisches Diagramm mit beispielhaft vier in einem Assoziativspeicher gespeicherten 4-Bit-Wörter, die mit einem Suchwort verglichen werden; -
7 ein symbolisches Diagramm mit beispielhaft vier in einem Assoziativspeicher gespeicherten 4-Bit-Wörter, die mit dem Suchwort verglichen werden; -
8 ein Diagramm zur Veranschaulichung mehrerer Beispiele für Vergleiche von Suchwörtern und gespeicherten Wörtern, wobei jeder dieser Vergleiche einen Messleitungsstrom bestimmt und diesen über eine Laufzeit tr integriert; -
9 ein Diagramm zur Veranschaulichung weiterer Beispiele für Vergleiche von Suchwörtern und gespeicherten Wörtern, wobei jeder dieser Vergleiche einen Messleitungsstrom bestimmt und diesen über eine Laufzeit tr integriert.
-
1 an exemplary arrangement with four bits, each of which has two mutually complementary memory cells; -
2 an exemplary arrangement comparable to that of1 with a different coding of the complementary memory cells; -
3 a diagram showing a set of possible 4-bit words that can be stored in complementary memory cells of an associative memory; -
4 a diagram showing the possible combinations of the resistance values LRS and HRS for four bits depending on the measuring line current measuring time; -
5 an exemplary arrangement with eight memory cells, the content of which is compared with a bit sequence of a code word of a k-out-of-n code; -
6 a symbolic diagram with an example of four 4-bit words stored in an associative memory, which are compared with a search word; -
7 a symbolic diagram with an example of four 4-bit words stored in an associative memory, which are compared with the search word; -
8th a diagram to illustrate several examples of comparisons of search words and stored words, each of these comparisons determines a measuring line current and integrates it over a delay time t r ; -
9 a diagram to illustrate further examples for comparisons of search words and stored words, each of these comparisons determines a measuring line current and integrates it over a delay time t r .
Als Eingangsgröße dient beispielsweise ein Suchwort (eine vorgegebene Anzahl von n Bits, die ein Suchmuster darstellen). Das Suchwort kann in einem Suchregister gespeichert und über Suchleitungen („searchlines“) an eine Tabelle mit gespeicherten Wörtern (Daten oder Adressen) gelegt werden. Jedes gespeicherte Wort der Tabelle läuft über eine Trefferleitung („matchline“) zu einer Auswerteeinheit (auch bezeichnet als Encoder). Mittels der Auswerteeinheit kann erkannt werden, ob das jeweilige gespeicherte Wort identisch mit dem Suchwort ist.For example, a search word (a predetermined number of n bits that represent a search pattern) serves as the input variable. The search word can be stored in a search register and applied to a table of stored words (dates or addresses) via search lines. Each stored word in the table runs via a match line to an evaluation unit (also referred to as an encoder). The evaluation unit can be used to identify whether the respective stored word is identical to the search word.
Ein einzelnes Bit kann mittels zweier komplementärer Bits gespeichert sein. Beispielsweise können hierfür resistive nichtflüchtige Speicherzellen in einem Assoziativspeicher eingesetzt werden.A single bit can be stored using two complementary bits. For example, resistive non-volatile memory cells can be used in an associative memory for this purpose.
Eine Datenleitung der komplementären Speicherzelle ist einerseits direkt mit dem Gate-Anschluss des Mosfets T1 und andererseits über einen Inverter 103 mit dem Gate-Anschluss des Mosfets T2 verbunden.A data line of the complementary memory cell is connected on the one hand directly to the gate connection of the mosfet T1 and on the other hand via an
Liegt an der Datenleitung der komplementären Speicherzelle der Wert 1 an, so wird in den Knoten 120 ein Strom ILRS gespeist, der durch den niederohmigen Widerstand LRS fließt, da der Gate-Anschluss des Transistors T1 leitet und der Gate-Anschluss des Transistors T2 sperrt.If the
Liegt an der Datenleitung der komplementären Speicherzelle der Wert 0 an, so wird in den Knoten 120 ein Strom IHRS gespeist, der durch den hochohmigen Widerstand HRS fließt, da der Gate-Anschluss des Transistors T2 leitet und der Gate-Anschluss des Transistors T1 sperrt.If the
Aufgrund der unterschiedlichen Widerstandswerte LRS und HRS folgt unmittelbar:
Aus dem Knoten 120 fließt somit ein Strom IML (Messleitungsstrom), der sich aus den Beiträgen der Ströme der einzelnen komplementären Speicherzellen 110 bis 113 zusammensetzt.A current I ML (measuring line current), which is composed of the contributions of the currents of the individual
Die Datenleitung für die jeweilige Speicherzelle 110 bis 113 ist in
Da pro komplementärer Speicherzelle 110 bis 113 nur eine der beiden Speicherzellen 101 oder 102 aktiv ist, wird pro komplementärer Speicherzelle 110 bis 113 entweder der Strom ILRS oder der Strom IHRS in den Knoten 120 gespeist.Since only one of the two
Aufgrund der in
Dies wird dadurch erreicht, dass eine komplementäre Speicherzelle 212 vorgesehen ist, bei der im Gegensatz zu der komplementären Speicherzelle 112 die Widerstandswerte HRS und LRS vertauscht sind. Das gilt analog für eine komplementäre Speicherzelle 213, die ebenso wie die Speicherzelle 212 aufgebaut ist.This is achieved by providing a
Somit liefert die komplementäre Speicherzelle 212 dann den höheren Strom ILRS, wenn an der zugehörigen Datenleitung D2 der Wert 0 bzw. liefert die komplementäre Speicherzelle 213 dann den höheren Strom ILRS, wenn an der zugehörigen Datenleitung D3 der Wert 0 anliegt.The
Beispielhaft umfasst der Speicher die Wörter
Als Suchwort 302 dient beispielhaft das Wort 1100. Ein Vergleich des Suchworts 302 mit den einzelnen gespeicherten Wörtern ergibt für jedes übereinstimmende Bit den Strombeitrag ILRS in dem Knoten 120 und für jedes nicht übereinstimmende Bit den Strombeitrag IHRS in dem Knoten 120. Für die einzelnen gespeicherte Wörter folgt also:
- (i) Gespeichertes Wort 0000: Es stimmen 2 Bits
mit dem Suchwort 302 überein, 2 Bits sindvon dem Suchwort 302 verschieden. An dem Knoten 120 (siehe 1 oder2 ) kann somit der Strom IML = 2ILRS + 2IHRS abgegriffen werden. - (ii) Das gespeicherte Wort 0011 ist vollständig verschieden
von dem Suchwort 302. Andem Knoten 120 kann somit der Strom IML = 4IHRS abgegriffen werden. - (iii) Das gespeicherte Wort 1100 ist identisch
mit dem Suchwort 302. Andem Knoten 120 kann der maximale Strom IML = 4IIRS abgegriffen werden. - (iv) Gespeichertes Wort 1111: Es stimmen 2 Bits
mit dem Suchwort 302 überein, 2 Bits sindvon dem Suchwort 302 verschieden. Andem Knoten 120 kann somit der Strom IML = 2ILRS + 2IHRS abgegriffen werden.
- (i) Stored word 0000: 2 bits match
302, 2 bits differ fromsearch word search word 302. At node 120 (see1 or2 ) the current I ML = 2I LRS + 2I HRS can be tapped. - (ii) The stored word 0011 is completely different from the
search word 302. The current I ML =4I HRS can thus be tapped off at thenode 120. - (iii) The stored word 1100 is identical to the
search word 302. The maximum current I ML =4I IRS can be tapped off at thenode 120. - (iv) Stored word 1111: 2 bits match
302, 2 bits differ fromsearch word search word 302. The current I ML =2I LRS +2I HRS can thus be tapped off atnode 120 .
Wie vorstehend ausgeführt wurde, tragen die Widerstandswerte LRS und HSR zu unterschiedlichen Strömen in dem Knoten 120 bei. Der maximale Strom beträgt 4IIRS, falls das Suchwort mit dem gespeicherten Wort identisch ist und der minimale Strom ergibt sich zu 4IHRS, falls kein Bit des Suchworts mit dem gespeicherten Wort identisch ist. Entsprechend ergeben sich bei Teilübereinstimmungen einzelner Bits Ströme zwischen dem maximalen und dem minimalen Strom.As discussed above, the resistance values LRS and HSR contribute to different currents in
Wird der Strom über die Zeit integriert, beispielsweise ein Kondensator aufgeladen bis eine vorgegebene Spannung erreicht ist, so geschieht dies bei dem niedrigeren Widerstandswert schneller als bei dem hohen Widerstandswert. Entsprechend ist die Messzeit bzw. Dauer der Messung bei einem Gesamtwiderstandswert 4 HRS maximal und bei einem Gesamtwiderstandswert 4 LRS minimal.If the current is integrated over time, for example a capacitor is charged until a predetermined voltage is reached, this happens faster with the lower resistance value than with the high resistance value. Correspondingly, the measurement time or duration of the measurement is maximum for a total resistance value of 4 HRS and minimum for a total resistance value of 4 LRS.
Nachfolgend wird gezeigt, wie vorteilhaft die einzelnen Speicherzellen effizienter genutzt werden können. So besteht ein Nachteil von komplementären Speicherzellen darin, dass pro logischem Bit zwei Speicherzellen benötigt werden. In dem vorherigen Beispiel werden also zum Speichern der vier Bits acht Speicherzellen benötigt.The following shows how advantageously the individual memory cells can be used more efficiently. One disadvantage of complementary memory cells is that two memory cells are required for each logical bit. So in the previous example, eight memory cells are needed to store the four bits.
In
Mit anderen Worten: Liegt an den Eingängen B0 bis B7 genau diese Bitfolge an, so liefern die Speicherzellen 511, 513, 516 und 518 jeweils den Strombeitrag ILRS und die verbleibenden Speicherzellen liefern keinen Strombeitrag in den Knoten 510.In other words: If exactly this bit sequence is present at the inputs B0 to B7, the
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, dass ein Suchwort, z.B. ein 6-Bit-Suchwort 110100 in ein Codewort 01101100 eines k-aus-n-Codes, insbesondere in ein Codewort eines n/2-aus-n-Codes kodiert wird (siehe Schritt 521).An advantageous embodiment is that a search word, e.g. a 6-
Damit kann ein 6-Bit-Suchwort in ein Codewort eines 4-aus-8-Codes kodiert werden, d.h. es werden acht Speicherzellen benötigt, um sechs Bits abzubilden. Dies ist ein Vorteil gegenüber komplementären Speicherzellen, bei denen doppelt so viele Speicherzellen wie Datenbits erforderlich sind; im vorliegenden Fall würde also das 6-Bit-Suchwort sechs komplementäre Speicherzellen mit zwölf einzelnen Speicherzellen benötigen. Die Ersparnis beträgt vorliegend vier Speicherzellen, d.h. 33% in Bezug auf die genannten zwölf Speicherzellen.This allows a 6-bit search word to be encoded into a code word of a 4-out-of-8 code, i.e. eight memory cells are required to map six bits. This is an advantage over complementary memory cells, which require twice as many memory cells as data bits; in the present case, the 6-bit search word would therefore require six complementary memory cells with twelve individual memory cells. In the present case, the saving is four storage cells, i.e. 33% in relation to the twelve storage cells mentioned.
Das Codewort 01101100 wird gemäß
Dieser Messleitungsstrom IML liegt zwischen dem maximalen Messleitungsstrom 4ILRS und dem minimalen Messleitungsstrom 4IHRS.This measuring line current I ML lies between the maximum measuring line current 4I LRS and the minimum measuring line current 4I HRS .
Die Auswertung bzw. Detektion des Messleitungsstroms IML erfolgt vorzugsweise in der Zeitdomäne.The measurement line current I ML is preferably evaluated or detected in the time domain.
Zur Codierung kann ein k-aus-n-Code eingesetzt werden. Bei einem beispielhaften 3-aus-6-Code hat jedes Codewort 6 Bits (z.B. physikalische Zuständen der Speicherzellen), von denen immer 3 Bits entweder den Wert 0 oder den Wert 1 und die verbleibenden 3 Bits dann den dazu komplementären Wert aufweisen.A k-out-of-n code can be used for coding. In an exemplary 3-of-6 code, each code word has 6 bits (e.g. physical states of the memory cells), of which 3 bits always have either the
Es gilt allgemein für einen k-aus-n-Code, dass es
Somit gibt es bei dem 3-aus-6-Code insgesamt 20 Codewörter bei dem drei Bits einen ersten Wert und die anderen drei Bits einen zweiten Wert aufweisen.Thus, in the 3-of-6 code, there are a total of 20 code words in which three bits have a first value and the other three bits have a second value.
Das in
Codewörter, während es 26 = 64 mögliche Kombinationen für das 6-Bit-Suchwort gibt. Entsprechend wird die Kodierung in Schritt 521 vorzugsweise so gewählt, dass es eine eindeutige Abbildung von jedem der 64 möglichen Suchwörter auf je ein Codewort gibt, wobei die übrigen Codewörter beispielsweise nicht genutzt werden.codewords, while there are 2 6 = 64 possible combinations for the 6-bit search word. Correspondingly, the coding in
Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Systematik ergeben sich für die einzelnen gespeicherten Wörter die folgenden Messleitungsströme in Bezug auf das Suchwort 1100:
- (i) Bei dem gespeicherten Wort 0000
stimmen 2 Bits mit dem Suchwort 1100 überein, 2 Bits sind verschieden. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu: IML = 2ILRS + 2IHRS. - (ii) Das gespeicherte Wort 0011 ist vollständig verschieden von dem Suchwort 1100. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu:
- (iii) Bei dem gespeicherten Wort 1101 stimmen drei Bits mit dem Suchwort 1100 überein, das letzte Bit ist von dem Suchwort verschieden. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu:
- (iv) Bei dem gespeicherten Wort 1111
stimmen 2 Bits mit dem Suchwort 1100 überein, 2 Bits sind verschieden. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu: IML = 2ILRS + 2IHRS.
- (i) With the stored word 0000, 2 bits match the search word 1100, 2 bits are different. The measuring line current that can be tapped is: I ML = 2I LRS + 2I HRS .
- (ii) The stored word 0011 is completely different from the search word 1100. The test lead current that can be tapped is:
- (iii) In the stored word 1101, three bits match the search word 1100, the last bit is different from the search word. The measuring line current that can be measured results in:
- (iv) In the stored word 1111, 2 bits match the search word 1100, 2 bits are different. The measuring line current that can be tapped is: I ML = 2I LRS + 2I HRS .
In diesem Beispiel gibt es keinen perfekten Treffer. Allerdings liefert das gespeicherte Wort 1101 den relativ besten Treffer, d.h. unter den in dem Assoziativspeicher gespeicherten Wörter 0000, 0011, 1101 und 1111 liefert das Wort 1101 den nächstbesten Treffer für das Suchwort 1100. Der nächstbeste Treffer liefert auch den größten Messleitungsstrom unter den gespeicherten Wörtern.In this example, there is no perfect match. However, the stored word 1101 provides the relatively best match, i.e. among the words 0000, 0011, 1101 and 1111 stored in the associative memory, the word 1101 provides the next best match for the search word 1100. The next best match also provides the largest lead current among the stored words .
Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Systematik ergeben sich für die einzelnen gespeicherten Wörter die folgenden Messleitungsströme in Bezug auf das Suchwort 1100:
- (i) Bei dem gespeicherten Wort 1100 stimmen alle 4 Bits mit dem Suchwort überein, der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu:
- (ii) Das gespeicherte Wort 0011 ist vollständig verschieden von dem Suchwort 1100. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu:
- (iii) Auch bei diesem gespeicherten Wort 1100 stimmen alle 4 Bits mit dem Suchwort überein, der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu:
- (iv) Bei dem gespeicherten Wort 1111
stimmen 2 Bits mit dem Suchwort 1100 überein, 2 Bits sind verschieden. Der abgreifbare Messleitungsstrom ergibt sich zu: IML = 2ILRS + 2IHRS.
- (i) With the stored word 1100, all 4 bits match the search word, the measuring line current that can be tapped is:
- (ii) The stored word 0011 is completely different from the search word 1100. The test lead current that can be tapped is:
- (iii) With this stored word 1100, too, all 4 bits match the search word, the measurement line current that can be tapped is:
- (iv) In the stored word 1111, 2 bits match the search word 1100, 2 bits are different. The measuring line current that can be tapped is: I ML = 2I LRS + 2I HRS .
Der erste Eintrag und der dritte Eintrag des Assoziativspeichers liefern jeweils einen perfekten Treffer für das Suchwort 1100.The first entry and the third entry of the associative memory each provide a perfect match for the search term 1100.
Die beiden
Dieser Ansatz ist von Vorteil, sofern nicht nur nach mindestens einem perfekten Treffer gesucht werden soll, sondern auch nach (mindestens) einem nächstbesten Treffer. Entsprechend kann je nach Anwendungsfall auch ein zweit- oder drittbester Treffer von Bedeutung sein.This approach is advantageous if you not only want to search for at least one perfect match, but also for (at least) one next-best match. Accordingly, depending on the application, a second or third best hit can also be important.
Nachfolgend wird erläutert, wie die Auswertung des bzw. die Detektion des Messleitungsstroms in der Zeitdomäne erfolgt und somit mindestens ein relativ bester Treffer und/oder mindestens ein perfekter Treffer ermittelt werden kann/können.It is explained below how the evaluation or the detection of the measuring line current takes place in the time domain and thus at least one relatively best hit and/or at least one perfect hit can be determined.
Der Messleitungsstrom wird an einer Kapazität (z.B. mindestens einem Kondensator) integriert. Die Zeit ergibt sich als Integrationszeit des Stroms an der Kapazität, wobei vorzugsweise zu einem Zeitpunkt „Start“ der Kondensator (im Wesentlichen) entladen ist und zu einem Zeitpunkt „Ziel“ der Kondensator bis zu einem vorgegebenen Schwellwert geladen ist.The test lead current is integrated across a capacitance (e.g. at least one capacitor). The time results as the integration time of the current at the capacitance, with the capacitor preferably being (substantially) discharged at a time “start” and the capacitor being charged up to a predetermined threshold value at a time “target”.
Da die niederohmigen Speicherzellen den größeren Strombeitrag liefern, sorgen sie auch dafür, dass der Kondensator schneller geladen wird.Since the low-resistance memory cells deliver the greater current contribution, they also ensure that the capacitor is charged more quickly.
Vorzugsweise kann als ein Schwellwert für die Zeit, die dem Ziel entspricht, die Zeitdauer genutzt werden bis n/2 der n Speicherzellen ihren Strombeitrag ILRS (z.B. bis zu einem vorgegebenen Schwellwert) geliefert haben. Sofern ein n/2-aus-n-Code verwendet wird, haben dann bereits alle „schnellen“ Speicherzellen (eines Codeworts) ihren Strombeitrag zur Integration geliefert: die verbleibenden Speicherzellen können als langsam klassifiziert werden und das Codewort und damit ein perfekter Treffer ist erkannt.The time period until n/2 of the n memory cells have supplied their current contribution I LRS (eg up to a predetermined threshold value) can preferably be used as a threshold value for the time that corresponds to the target. If an n/2-out-of-n code is used, then all "fast" memory cells (of a code word) have already made their current contribution to the integration: the remaining memory cells can be classified as slow and the code word and thus a perfect hit is recognized .
Basierend hierauf kann auch ein Referenzwert für einen perfekten Treffer vorab oder zur Laufzeit bestimmt werden. Vorzugsweise kann als Referenzwert ein reduzierter Wert bestimmt werden, ab dem bereits ein perfekter Treffer als erkannt gilt. Der Referenzwert weist vorzugsweise einen gewissen Abstand von dem nächstschlechteren integrierten Spannungswert auf, der keinem perfekten Treffer entspricht.Based on this, a reference value for a perfect hit can also be determined in advance or at runtime. Preferably, a reduced value can be determined as a reference value, from which a perfect hit is considered to be recognized. The reference value preferably has a certain distance from the next worst integrated voltage value, which does not correspond to a perfect hit.
Falls es keinen perfekten Treffer gibt kann ein vorgegebener Referenzwert genutzt werden. Anhand der integrierten Spannungen der einzelnen Vergleiche kann eine Reihenfolge (oder Priorisierung) der nächstbesten Treffer bestimmt werden. Dies kann von Vorteil sein, wenn beispielsweise kein perfekter Treffer vorliegt.If there is no perfect match, a predetermined reference value can be used. Based on the integrated voltages of each comparison, an order (or prioritization) of the next best hits can be determined. This can be an advantage if, for example, there is no perfect match.
Anhand der Reihenfolge bzw. eines Abstands von dem Referenzwert kann ein Qualitätsmaß (bzw. eine Güte) für die einzelnen Treffer bestimmt werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Treffer nicht perfekt ist. Hierbei sei angemerkt, dass das Ergebnis des Vergleichs vorliegend mit „Treffer“ bezeichnet wird; insofern kennzeichnet der Begriff „Treffer“ hier auch das Maß für die Übereinstimmung, die absolut gesehen auch gering sein kann. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Begriff „perfekter Treffer“ eine vollständige Übereinstimmung (in allen Bits) zwischen dem Suchwort und dem gespeicherten Wort.A measure of quality (or quality) for the individual hits can be determined on the basis of the sequence or a distance from the reference value. This can be particularly beneficial when the hit isn't perfect. It should be noted here that the result of the comparison is referred to as “hit”; in this respect, the term "hit" also denotes the degree of agreement, which in absolute terms can also be low. In contrast, the term "perfect match" denotes a complete match (in all bits) between the search word and the stored word.
Ein Vergleich 801 des Suchworts mit einem ersten Eintrag des Assoziativspeichers ergibt nach der Zeit tL (Laufzeit) aufgrund des gelieferten Stroms IML1 eine integrierte Spannung U1. Wie erläutert, wird der Strom über die Zeitdauer (hier die Laufzeit tL) an einem Kondensator integriert. Die integrierte Spannung ist bekanntlich proportional zu dem Integral aus dem in den Kondensator fließenden Strom über die Zeitdauer.A
Ein Vergleich 802 des Suchworts mit einem zweiten Eintrag des Assoziativspeichers ergibt nach der Zeit tL aufgrund des gelieferten Stroms IML2 eine integrierte Spannung U2.A
Ein Vergleich 803 des Suchworts mit einem dritten Eintrag des Assoziativspeichers ergibt nach der Zeit tL aufgrund des gelieferten Stroms IML3 eine integrierte Spannung U3.A
Ein Vergleich 804 des Suchworts mit einem vierten Eintrag des Assoziativspeichers ergibt nach der Zeit tL aufgrund des gelieferten Stroms IML4 eine integrierte Spannung U4.A
Ein Vergleich 805 des Suchworts mit einem fünften Eintrag des Assoziativspeichers ergibt nach der Zeit tL aufgrund des gelieferten Stroms IML5 eine integrierte Spannung U5.A
Die Spannungen U1 bis U5 veranschaulichen somit einen „Füllstand“ des Kondensators bei Erreichen der Laufzweit tr. Je mehr Strom in dieser Zeit pro Vergleich geliefert wurde, desto höher ist die integrierte Spannung bzw. desto weiter kommt der in
Beispielsweise kann die Zeit tr vorab bestimmt worden sein anhand der zu erwartenden Integrationszeit, die der Strom von
Auch ist es möglich, dass die Zeit tr unterschiedlich hiervon festgelegt wird. Beispielsweise könnte ein Strom
Nach Ablauf der Laufzeit tr zeigt
- (i)
Der Vergleich 801 liefert die Spannung U1, die anzeigt, dass das Ziel nicht erreicht wurde.Der Vergleich 801 liefert also keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer. - (ii)
Der Vergleich 802 liefert die größte SpannungU2 aller Vergleiche 801bis 805. Das Ziel wurde überschritten. Es liegt also ein perfekter Treffer vor. Zusätzlich handelt es sich um den besten Treffer aller Vergleiche. - (iii)
Der Vergleich 803 liefert die Spannung U3, die anzeigt, dass das Ziel nicht erreicht wurde.Der Vergleich 803 liefert also keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer. - (iv)
Der Vergleich 804 liefert die Spannung U4, die anzeigt, dass das Ziel erreicht wurde.Der Vergleich 804 liefert also einen perfekten aber keinen besten Treffer. - (v)
Der Vergleich 805 liefert die Spannung U5, die anzeigt, dass das Ziel gerade nicht erreicht (d.h. überschritten) wurde.Der Vergleich 805 liefert daher keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer.
- (i) The
comparison 801 supplies the voltage U1, which indicates that the goal has not been reached. Thecomparison 801 therefore does not provide a relatively best hit, nor does it provide a perfect hit. - (ii) The
comparison 802 supplies the greatest voltage U2 of all thecomparisons 801 to 805. The target has been exceeded. So there is a perfect match. In addition, it is the best hit of all comparisons. - (iii) The
comparison 803 supplies the voltage U3, which indicates that the goal has not been reached. Thecomparison 803 therefore does not provide a relatively best hit, nor does it provide a perfect hit. - (iv) The
comparison 804 supplies the voltage U4, which indicates that the goal has been reached. Thecomparison 804 thus provides a perfect but not the best match. - (v) The
comparison 805 supplies the voltage U5, which indicates that the target has just not been reached (ie exceeded). Thecomparison 805 therefore does not deliver a relatively best and also no perfect hit.
Liegen alle Vergleiche 801 bis 805 vor, so kann entschieden werden, welcher Vergleich zu keinem Treffer, einem perfekten Treffer oder dem besten Treffer geführt hat.If all
Grundsätzlich können die Laufzeit tr und damit das Ziel bzw. der damit verbundene Schwellwert für die integrierte Spannung flexibel festgelegt werden.In principle, the transit time t r and thus the target or the associated threshold value for the integrated voltage can be flexibly defined.
Beispielhaft ist hier der Vergleich 905 ein Vergleich mit einem Referenzwert, der das Ziel und somit auch die Laufzeit tr bestimmt. Beispielsweise kann es sich bei dem Vergleich 905 um einen Vergleich mit einem Codewort handeln, das einem perfekten Treffer entspricht. Der Referenzwert kann unterschiedlich bestimmt sein. Beispielsweise kann eine Referenzspannung Uref durch Integration eines Referenzstroms
Im Unterschied zu
Am Ende der Laufzeit wurde pro Vergleich eine der Spannungen U1 bis U4 und Uref bestimmt, die ein Maß für das Erreichen und/oder Überschreiten des Ziels (also eines vorgegebenen Spannungsschwellwerts) angibt. Damit kann hier beispielhaft bestimmt werden, ob der Vergleich zwischen dem Suchwort und dem jeweiligen gespeicherten Wort einen perfekten Treffer, einen besten Treffer oder keinen Treffer ergibt.At the end of the running time, one of the voltages U1 to U4 and Uref was determined for each comparison, which indicates a measure for reaching and/or exceeding the target (ie a predetermined voltage threshold value). It can thus be determined here, for example, whether the comparison between the search word and the respective stored word results in a perfect hit, a best hit or no hit.
Nach Ablauf der Laufzeit tr liefert
- (i)
Der Vergleich 901 liefert die Spannung U1, die anzeigt, dass das Ziel nicht erreicht wurde.Der Vergleich 901 liefert also keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer. - (ii)
Der Vergleich 902 liefert die größte SpannungU2 aller Vergleiche 901bis 904. Das Ziel wurde aber nicht überschritten. Es liegt also kein perfekter Treffer vor, aber der Vergleich ist der besteTreffer aller Vergleiche 901 bis 904 (der Vergleich 905 wird hier nicht berücksichtigt, weil er zur Bestimmung des Referenzwerts dient). - (iii)
Der Vergleich 903 liefert die Spannung U3, die anzeigt, dass das Ziel nicht erreicht wurde.Der Vergleich 903 liefert also keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer. - (iv)
Der Vergleich 904 liefert die Spannung U4, die anzeigt, dass das Ziel nicht erreicht wurde.Der Vergleich 904 liefert also keinen relativ besten und auch keinen perfekten Treffer. - (v)
Der Vergleich 905 liefert den eingangs erwähnten Referenzwert zur Festlegung des Ziels.
- (i) The
comparison 901 supplies the voltage U1, which indicates that the goal has not been reached. Thecomparison 901 therefore does not deliver a relatively best and also no perfect hit. - (ii) The
comparison 902 delivers the greatest voltage U2 of all thecomparisons 901 to 904. However, the target was not exceeded. There is therefore no perfect match, but the comparison is the best match of allcomparisons 901 to 904 (comparison 905 is not considered here because it is used to determine the reference value). - (iii) The
comparison 903 supplies the voltage U3, which indicates that the goal has not been reached. Thecomparison 903 therefore does not deliver a relatively best and also no perfect hit. - (iv) The
comparison 904 supplies the voltage U4, which indicates that the goal has not been reached. Thecomparison 904 therefore does not deliver a relatively best and also no perfect hit. - (v) The
comparison 905 provides the reference value mentioned at the outset for determining the goal.
Liegen alle Vergleiche 901 bis 905 vor, so kann entschieden werden, welcher Vergleich zu keinem Treffer, einem perfekten Treffer oder dem besten Treffer geführt hat.If all
Es ist eine Option, dass mindestens ein Referenzwert bestimmt wird. Insbesondere können mehrere Referenzwerte bestimmt werden und es kann ein Vergleich der integrierten Spannung mit diesen mehreren Messwerten erfolgen.It is an option that at least one reference value is determined. In particular, several reference values can be determined and the integrated voltage can be compared with these several measured values.
Beispielsweise können Referenzwerte bestimmt sein, um den perfekten Treffer zu erkennen und/oder um einen Treffer zu erkennen, der zwar nicht perfekt ist, aber z.B. mittels einer Fehlerkorrektur korrigierbar ist. So können gezielt beispielsweise Treffer erkannt werden, die einen Einbitfehler, einen Zweibitfehler, etc. aufweisen - vorzugsweise je nach Ausbaustufe und Leistungsfähigkeit der eingesetzten Fehlerkorrektur.For example, reference values can be determined in order to identify the perfect hit and/or to identify a hit that is not perfect but can be corrected, for example by means of an error correction. For example, hits can be specifically recognized that have a one-bit error, a two-bit error, etc.—preferably depending on the stage of expansion and the performance of the error correction used.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile:Further configurations and advantages:
Vorteilhaft kann ein Messverstärker („sense amplifier“) vorgesehen sein, der einen Strom auf einer Messleitung in die Zeitdomäne transformiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Integration des Stroms an mindestens einem Kondensator erreicht werden. Die Dauer der Integration (Messzeit) bestimmt eine Spannung. Ist die Dauer konstant, so ergeben sich bedingt durch unterschiedliche Ströme verschiedene Spannungen, die miteinander verglichen werden können.A sense amplifier can advantageously be provided, which transforms a current on a measuring line into the time domain. This can be achieved, for example, by integrating the current across at least one capacitor. The duration of the integration (measuring time) determines a voltage. If the duration is constant, the different currents result in different voltages that can be compared with one another.
Ist die Qualität eines Vergleichs proportional zur Höhe der während der Laufzeit (Integrationsdauer) integrierten Spannung, können Vergleichsergebnisse (Treffer) zueinander in Relation gesetzt werden. Beispielsweise können Treffer hinsichtlich ihrer Qualität sortiert werden. Durch den Vergleich des Treffers mit einem Schwellwert ist es möglich, ein Trefferkriterium, z.B. einen perfekten Treffer, zu identifizieren. Auch können mehrere Schwellwerte genutzt werden, um unterschiedliche Trefferkriterien, z.B. Qualitätsstufen von Treffern, zu bestimmen. Eine Qualitätsstufe ist z.B. ein Treffer, der nicht perfekt aber (mittels eines fehlerkorrigierenden Codes) korrigierbar ist.If the quality of a comparison is proportional to the level of the voltage integrated during the runtime (integration period), comparison results (hits) can be set in relation to one another. For example, hits can be sorted according to their quality. By comparing the hit with a threshold value, it is possible to identify a hit criterion, e.g. a perfect hit. Several threshold values can also be used to determine different hit criteria, e.g. quality levels of hits. A quality level is, for example, a hit that is not perfect but can be corrected (using an error-correcting code).
Durch die Verwendung eines n/2-aus-n-Codes ist eine effiziente Nutzung der Speicherzellen möglich. Außerdem hat der n/2-aus-n-Code den Vorteil, ab einer Anzahl von n/2 schnellsten Zellen den Vergleich abbrechen zu können. So kann die Laufzeit darauf begrenzt werden, dass die n/2 schnellste Zellen detektiert wurden. Basierend hierauf kann eine Referenzlaufzeit für die weiteren (im Wesentlichen) zeitgleich gestarteten Vergleiche bestimmt werden.Efficient use of the memory cells is possible through the use of an n/2-out-of-n code. In addition, the n/2-of-n code has the advantage of being able to terminate the comparison from a number of n/2 fastest cells. In this way, the runtime can be limited to the n/2 fastest cells being detected. Based on this, a reference runtime can be determined for the further (substantially) simultaneously started comparisons.
Es kann ein k-aus-n-Code verwendet werden, wobei k eine positive ganze Zahl größer gleich 1 und n eine positive ganze Zahl größer 2 ist. Falls n eine ungerade Zahl ist, kann k die größte ganze Zahl sein, die kleiner als n/2 ist oder k kann die kleinste ganze Zahl sein, die größer als n/2 ist.A k-of-n code can be used, where k is a positive integer greater than or equal to 1 and n is a positive integer greater than 2. If n is an odd number, k can be the largest integer less than n/2 or k can be the smallest integer greater than n/2.
Auch ist es eine Option, dass eine vorab bestimmte Referenzlaufzeit für einen Durchlauf weiterer Vergleiche genutzt wird. Ein Durchlauf mehrerer Vergleiche umfasst beispielsweise ein Suchwort, das mit mehreren Einträgen eines Speichers verglichen wird. Die Vergleiche können nacheinander oder zumindest teilweise zeitlich überlappend (z.B. gleichzeitig) erfolgen. Die Vergleiche werden im Anschluss zueinander in Relation gesetzt, so dass bestimmt werden kann, welcher der Vergleiche ein vorgegebenes Trefferkriterium erfüllt bzw. nicht erfüllt, z.B.:
- - kein Treffer,
- - perfekter Treffer,
- - bester Treffer,
- - schlechtester Treffer,
- - i-bester Treffer,
- - j-schlechtester Treffer,
- - Treffer, der mittels einer k-Bitfehlerkorrektur korrigierbar ist.
- - No hit,
- - perfect hit,
- - best hit,
- - worst hit,
- - i-best hit,
- - j-worst hit,
- - Hit correctable by k-bit error correction.
Hierbei kann es sich bei i, j und k um ganze Zahlen handeln.Here, i, j and k can be integers.
Hinsichtlich der Bestimmung von Zuständen in der Zeitdomäne wird ergänzend auf
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020133802.3A DE102020133802B4 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | ACCESSING AN ASSOCIATIVE MEMORY |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020133802.3A DE102020133802B4 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | ACCESSING AN ASSOCIATIVE MEMORY |
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DE102020133802A1 DE102020133802A1 (en) | 2022-06-23 |
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US9805771B2 (en) | 2014-02-26 | 2017-10-31 | Infineon Technologies Ag | Determining a state of a cell structure |
-
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- 2020-12-16 DE DE102020133802.3A patent/DE102020133802B4/en active Active
Patent Citations (2)
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US20100214811A1 (en) | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Franceschini Michele M | Coding techniques for improving the sense margin in content addressable memories |
US9805771B2 (en) | 2014-02-26 | 2017-10-31 | Infineon Technologies Ag | Determining a state of a cell structure |
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