JP2008010144A - 連想メモリセル、連想メモリセルアレイ、アドレス検索メモリおよびネットワークアドレス検索装置 - Google Patents
連想メモリセル、連想メモリセルアレイ、アドレス検索メモリおよびネットワークアドレス検索装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】連想メモリセルは、データ入出力を行う2つのビット線BL,ZBLに接続され書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、2つのMOSトランジスタ103,104からなる一致比較回路と、出力線141に接続され比較の結果不一致のときにプリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する出力線151の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするクランプ回路151とを備えている。
【選択図】 図1
Description
If ([val=1'b0]&&[mas=1'b1]) then WORD<=1'b0;
If ([val=1'b1]&&[mas=1'b1]) then WORD<=1'b1;
If ([val=1'bx]&&[mas=1'b0]) then WORD<=1'bx;
すなわち、マスクデータ記憶セル2002に保持されるマスクビット(Maskビット)が“1”であれば、有効データ記憶セル2001に保持される有効ビット(validビット)と検索動作用ビット線2018,2019との一致不一致が比較され、検索結果が検索出力線2030に出力される。マスクデータ記憶セル2002に保持されるマスクビット(Maskビット)が“0”のときは、MOSトランジスタ2023,2027がON動作をしないので、検索出力線2030は絶対に接地(GND)レベルに接続されることはない。
図1は、この発明の実施の形態1による連想メモリセルとして、TCAMセルの構成を示す回路図である。図1において、連想メモリセルであるTCAMセルは、4つのMOSトランジスタ101,102,103,104と、2つのキャパシタ素子105,106とを備えている。このうち、MOSトランジスタ101とキャパシタ素子105、およびMOSトランジスタ102とキャパシタ素子106は、それぞれダイナミック型メモリセルを構成し、MOSトランジスタ103,104は一致比較回路を構成している。ビット線(BL)111とビット線(ZBL)112は、書き込み動作、読み出し動作およびリフレッシュ動作を行うビット線である。
If ([1a=1'b0]&&[1b=1'b1]) then WORD<=1'b0;
If ([1a=1'b1]&&[1b=1'b0]) then WORD<=1'b1;
If ([1a=1'b0]&&[1b=1'b0]) then WORD<=1'bx;
と表現することができる。
図5は、この発明の実施の形態2による連想メモリセルとして、TCAMセルの構成を示す回路図である。なお、図5では、図1に示したTCAMセルと同一構成ないしは同等である構成部分には同一符号が付されている。ここでは、実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
図6は、この発明の実施の形態3による低電力消費型検索動作を実現する連想メモリセルアレイとして、TCAMセルアレイの構成を示すブロック図である。この実施の形態3では、実施の形態1(図1)または実施の形態2(図5)にて示したTCAMセルによるTCAMセルアレイ全体を例えば4つのサブアレイに分割し、検索動作をサブアレイ毎に実行するが、その際にマッチ線を順々に間引く、つまり階層的に間引くことで、低電力消費型検索動作を実現する構成例が示されている。
図8は、この発明の実施の形態4による低電力消費型検索動作を実現する連想メモリセルアレイとして、TCAMセルアレイの構成を示すブロック図である。この実施の形態4では、実施の形態1(図1)または実施の形態2(図5)にて示したTCAMセルによるTCAMセルアレイ全体を例えば4つのサブアレイに分割し、検索動作をサブアレイ毎に実行するが、その際にマッチ線に加えサーチ線も間引くことで、低電力消費型検索動作を実現する構成例が示されている。
図10は、この発明の実施の形態5による低電力消費型検索動作を実現する連想メモリセルアレイとして、TCAMセルアレイの構成を示すブロック図である。この実施の形態5では、実施の形態1(図1)または実施の形態2(図5)にて示したTCAMセルによるTCAMセルアレイ全体をサブアレイに分割し、検索動作をサブアレイ毎に実行する場合に、マッチ線とサーチ線とのタイミングを合わせる構成例が示されている。
図11は、この発明の実施の形態6によるアドレス検索メモリの構成を示す回路図である。図11において、並列に配置される連想メモリセルアレイであるTCAMセルアレイ1101,1102は、実施の形態1(図1)または実施の形態2(図5)にて示したTCAMセルによって構成されている。TCAMセルアレイ1101,1102の間には、駆動回路1104とセンスアンプ1103とが設けられている。駆動回路1104には、書き込み駆動回路とサーチ線駆動回路とが含まれている。
図13は、この発明の実施の形態7によるネットワークアドレス検索装置として機能するシステムLSIの構成を示すブロック図である。
105,106 キャパシタ素子
151 クランプ回路
201,1101,1102,1401,1501 連想メモリセルアレイ(TCAMセルアレイ)
203,1103,1203 センスアンプ
501 電流制限回路
1104 駆動回路(書き込み駆動回路、サーチ線駆動回路)
1107,1108 検索エンコーダ
1201,1202 TCAMセル(連想メモリセル)
1204 書き込み駆動回路
1205 サーチ線駆動回路
1402 優先制御部(プライオリティエンコーダ)
1403,1504 アクションメモリ
Claims (20)
- データ入出力を行う2つのビット線に接続され、書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、
ゲート電極が前記2つの記憶ノードにそれぞれ接続され、一方の信号電極が検索データを与える2つのサーチ線の対応するサーチ線に接続され、他方の信号電極が出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成され、前記2つのサーチ線に供給される検索データと前記2つの記憶ノードの保持データとの一致比較を行い、一致するとき前記出力線をプリチャージレベルに維持し、不一致のとき前記出力線をプリチャージレベルから引き下げる動作を行う一致比較回路と、
前記2つのサーチ線および前記出力線のプリチャージレベルは、それぞれ、動作電源レベルから所定値だけ下がったレベルであり、比較の結果不一致のときに前記プリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する前記出力線の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするレベル維持手段と、
を備えたことを特徴とする連想メモリセル。 - 前記レベル維持手段は、前記出力線に設けられ、当該出力線の電位レベルが一定レベル以下に降下しないようにするクランプ回路であることを特徴とする請求項1に記載の連想メモリセル。
- 前記レベル維持手段は、前記一致比較回路の2つのMOSトランジスタの他方の信号電極と前記出力線との間にそれぞれ設けられ、ゲート電極が前記出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成される電流制限回路であることを特徴とする請求項1に記載の連想メモリセル。
- データ入出力を行う2つのビット線に接続され、書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、
ゲート電極が前記2つの記憶ノードにそれぞれ接続され、一方の信号電極が検索データを与える2つのサーチ線の対応するサーチ線に接続され、他方の信号電極が出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成され、前記2つのサーチ線に供給される検索データと前記2つの記憶ノードの保持データとの一致比較を行い、一致するとき前記出力線をプリチャージレベルに維持し、不一致のとき前記出力線をプリチャージレベルから引き下げる動作を行う一致比較回路と、
前記2つのサーチ線および前記出力線のプリチャージレベルは、それぞれ、動作電源レベルから所定値だけ下がったレベルであり、比較の結果不一致のときに前記プリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する前記出力線の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするレベル維持手段と、
を備える連想メモリセルによって構成される連想メモリセルアレイであって、
M個のエントリがそれぞれNビット長のデータで構成される場合に、当該連想メモリセルアレイをN/Lビット単位のサブアレイに分割し、まず最上位のサブアレイにおいて前記2つのサーチ線に検索データを与えてN/Lビットについて前記一致比較を実行させてM個のエントリに対応する前記出力線のうち一致したことを示す出力線を検出保持し、次上位のサブアレイにおいて前記2つのサーチ線に検索データを与えて前記検出された出力線についての一致比較を実行させ一致したことを示す出力線を検出保持する動作を下位のサブアレイに向かって順々に実行するパイプライン制御手段、
を備えたことを特徴とする連想メモリセルアレイ。 - 前記次上位のサブアレイ以降の各サブアレイでは、上位のサブアレイにて検出された出力線に対応する出力線のみをプリチャージする手段、を備えたことを特徴とする請求項4に記載の連想メモリセルアレイ。
- 前記次上位のサブアレイ以降の各サブアレイでは、上位のサブアレイにおける出力線の検出結果に応じて当該サブアレイに属する前記2つのサーチ線の全部または一部について検索データを与えないようにする検索制御手段、を備えたことを特徴とする請求項4または5に記載の連想メモリセルアレイ。
- 前記各サブアレイでは、前記出力線と前記2つのサーチ線とのタイミングを調整する調整手段、を備えたことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一つに記載の連想メモリセルアレイ。
- 前記レベル維持手段は、前記出力線に設けられ、当該出力線の電位レベルが一定レベル以下に降下しないようにするクランプ回路であることを特徴とする請求項4に記載の連想メモリセルアレイ。
- 前記レベル維持手段は、前記一致比較回路の2つのMOSトランジスタの他方の信号電極と前記出力線との間にそれぞれ設けられ、ゲート電極が前記出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成される電流制限回路であることを特徴とする請求項4に記載の連想メモリセルアレイ。
- データ入出力を行う2つのビット線に接続され、書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、
ゲート電極が前記2つの記憶ノードにそれぞれ接続され、一方の信号電極が検索データを与える2つのサーチ線の対応するサーチ線に接続され、他方の信号電極が出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成され、前記2つのサーチ線に供給される検索データと前記2つの記憶ノードの保持データとの一致比較を行い、一致するとき前記出力線をプリチャージレベルに維持し、不一致のとき前記出力線をプリチャージレベルから引き下げる動作を行う一致比較回路と、
前記2つのサーチ線および前記出力線のプリチャージレベルは、それぞれ、動作電源レベルから所定値だけ下がったレベルであり、比較の結果不一致のときに前記プリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する前記出力線の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするレベル維持手段と、
を備える連想メモリセルによって構成される連想メモリセルアレイの2個に対し、
前記2個の連想メモリセルアレイの間に、前記2個の連想メモリセルアレイに対する書き込みと読み出しおよびリフレッシュを制御する第1制御手段と、前記2個の連想メモリセルアレイに対する検索動作を制御する第2制御手段とがそれぞれ配置され、
前記2個の連想メモリセルアレイそれぞれの出力端に、前記第2制御手段によって制御された検索結果をエンコードするエンコーダが配置されている、
ことを特徴とするアドレス検索メモリ。 - 前記レベル維持手段は、前記出力線に設けられ、当該出力線の電位レベルが一定レベル以下に降下しないようにするクランプ回路であることを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- 前記レベル維持手段は、前記一致比較回路の2つのMOSトランジスタの他方の信号電極と前記出力線との間にそれぞれ設けられ、ゲート電極が前記出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成される電流制限回路であることを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- 前記第1制御手段は、前記2個の連想メモリセルアレイを互いに独立したメモリ空間として制御する第1モードと、前記2個の連想メモリセルアレイを全体として1つのメモリ空間として制御する第2モードと、を備えたことを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- 前記第2制御手段は、前記2個の連想メモリセルアレイに対し同時に検索動作を実施するモードと、システムクロックの前縁と後縁を利用して前記2個の連想メモリセルアレイに対し交互に検索動作を実施するモードと、を備えたことを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- 前記第1制御手段は、前記2個の連想メモリセルアレイに同一のデータを書き込んだ後に、一方の連想メモリセルアレイに対し書き換えを実施し、その間、前記第2制御手段は、他方の連想メモリセルアレイに対して検索動作を実施することを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- 前記2つのエンコーダは、それぞれを並列直列変換して出力するモードと、それぞれを並列に出力するモードとの一方または双方を備えたことを特徴とする請求項10に記載のアドレス検索メモリ。
- データ入出力を行う2つのビット線に接続され、書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、ゲート電極が前記2つの記憶ノードにそれぞれ接続され、一方の信号電極が検索データを与える2つのサーチ線の対応するサーチ線に接続され、他方の信号電極が出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成され、前記2つのサーチ線に供給される検索データと前記2つの記憶ノードの保持データとの一致比較を行い、一致するとき前記出力線をプリチャージレベルに維持し、不一致のとき前記出力線をプリチャージレベルから引き下げる動作を行う一致比較回路と、前記2つのサーチ線および前記出力線のプリチャージレベルは、それぞれ、動作電源レベルから所定値だけ下がったレベルであり、比較の結果不一致のときに前記プリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する前記出力線の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするレベル維持手段と、を備える連想メモリセルによって構成される連想メモリセルアレイと、
前記連想メモリセルアレイにおける一致比較の結果、一致したことを示す前記出力線が複数あるとき、選択した1つの出力線に対応するエントリを出力する優先制御手段と、
アクションデータを記憶し、前記優先制御手段の出力を受けて次に実行すべきアクションを出力する記憶手段と、
が同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とするネットワークアドレス検索装置。 - データ入出力を行う2つのビット線に接続され、書き込まれたデータを保持する第1の記憶ノードおよび第2の記憶ノードを有するメモリセルと、ゲート電極が前記2つの記憶ノードにそれぞれ接続され、一方の信号電極が検索データを与える2つのサーチ線の対応するサーチ線に接続され、他方の信号電極が出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成され、前記2つのサーチ線に供給される検索データと前記2つの記憶ノードの保持データとの一致比較を行い、一致するとき前記出力線をプリチャージレベルに維持し、不一致のとき前記出力線をプリチャージレベルから引き下げる動作を行う一致比較回路と、前記2つのサーチ線および前記出力線のプリチャージレベルは、それぞれ、動作電源レベルから所定値だけ下がったレベルであり、比較の結果不一致のときに前記プリチャージレベルから電荷引き抜きが行われ降下する前記出力線の電位レベルが接地電位レベルに到達する以前の所定電位レベルで止まるようにするレベル維持手段と、を備える連想メモリセルによって構成される連想メモリセルアレイと、
前記連想メモリセルアレイにおける一致比較の結果、一致したことを示す前記出力線の電位レベルをMOSトランジスタの動作レベルに変換して保持する保持手段と、
前記保持手段の出力を直接行選択信号として用いるダイナミック型記憶セルで構成され、アクションデータを記憶する記憶手段と、
が同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とするネットワークアドレス検索装置。 - 前記レベル維持手段は、前記出力線に設けられ、当該出力線の電位レベルが一定レベル以下に降下しないようにするクランプ回路であることを特徴とする請求項17または18に記載のネットワークアドレス検索装置。
- 前記レベル維持手段は、前記一致比較回路の2つのMOSトランジスタの他方の信号電極と前記出力線との間にそれぞれ設けられ、ゲート電極が前記出力線にそれぞれ接続される2つのMOSトランジスタで構成される電流制限回路であることを特徴とする請求項17または18に記載のネットワークアドレス検索装置。
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