JP2009117031A - Semiconductor device - Google Patents

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悟 半澤
Riichiro Takemura
理一郎 竹村
Kazuhiko Kajitani
一彦 梶谷
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase speed or reduce power consumption of a semiconductor device including CAM. <P>SOLUTION: For example, the semiconductor device includes a dummy memory block MBD and a dummy submatch determining circuit SMDD, in addition to a regular memory block MB and a regular submatch determining circuit SMD. The MBD and SMDD, which have the same configurations as the MB and SMD, provide a fixed operation according to "match" or "mismatch" at all times in searching operation by fixing predetermined signals. A dummy main match determining circuit MMDD determines the match/mismatch state, and a determining timing in the regular main match determining circuit MMD is set based on the match/mismatch state. The MMD (MMDD) makes determination, based on whether the voltage of the main match line MML (MMLD) which has been rapidly charged is discharged or not via SMD (SMDD). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、蓄積ノードに記憶された情報と入力された情報との比較を行うコンテント・アドレッサブル・メモリセル(CAMセル)を含む半導体装置において、装置内部で符号化した情報を記憶または比較するCAMアレイを備えた半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, in a semiconductor device including a content addressable memory cell (CAM cell) that compares information stored in a storage node and input information, information encoded in the device is displayed. The present invention relates to a technique effective when applied to a semiconductor device having a CAM array for storing or comparing.

インターネットの爆発的な普及に伴い、ネットワークにおけるルータやスイッチに要するテーブル規模が急増しており、テーブル検索の高速化が課題となっている。この課題をハードウェア的に解決する手段として、ターナリ・コンテント・アドレッサブル・メモリ(TCAM)が注目されている。   With the explosive spread of the Internet, the table size required for routers and switches in the network is rapidly increasing, and it is a problem to increase the speed of table search. As a means for solving this problem in terms of hardware, attention has been paid to ternary content addressable memory (TCAM).

例えば、特許文献1には、‘0’/‘1’/‘X’(don’t care)の3値を記憶するのに二つのダイナミック型記憶セルを用いたTCAMセルの構成が示されている。これによって、セルの占有面積を小さくして大容量化を可能にすると共に、検索動作の低消費電力化および高速化を可能にする。   For example, Patent Document 1 discloses a configuration of a TCAM cell that uses two dynamic storage cells to store three values of '0' / '1' / 'X' (don't care). Yes. As a result, the cell occupation area can be reduced to increase the capacity, and the power consumption and speed of the search operation can be reduced.

また、例えば、非特許文献1には、TCAMにおける容量不足と消費電力増大を解消するCAMを実現するための、エントリあるいは検索キーの符号化方式とメモリアレイ構成が記載されている。本技術においては、One−hot−spotブロック符号と呼ぶ符号化方式が用いられる。   Further, for example, Non-Patent Document 1 describes an entry or search key encoding method and a memory array configuration for realizing a CAM that solves a shortage of capacity and an increase in power consumption in the TCAM. In the present technology, an encoding method called “One-hot-spot block code” is used.

ここで、TCAMでは、DRAMやSRAMで広く使われているワードに対応する言葉として、“エントリ”を用いるのが普通である。エントリは、各ワードに記憶された情報を指す言葉であるので、本明細書では慣例に従って記憶情報をエントリ、比較情報を検索キーと呼ぶことにする。   Here, in TCAM, “entry” is usually used as a word corresponding to a word widely used in DRAM and SRAM. Since an entry is a word indicating information stored in each word, in the present specification, stored information is referred to as an entry and comparison information is referred to as a search key in accordance with the convention.

特開2003−272386号公報JP 2003-272386 A

「アイ・イー・イー・イー、2004・シンポジウム・オン・VLSI・サーキッツ、ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ(IEEE 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers)」、2004年6月、p.382−385"IEE Eee, 2004 Symposium on VLSI Circuits, Digest of Technical Papers", June 2004, p. 382-385

本願発明者等は、本願に先立ち、One−hot−spotブロック符号を用いたCAMの高速化について検討した。なお、本願発明者等は、本願に先立ち、One−hot−spotブロック符号を用いたCAMに関連して、非公知の「特願2003−429505号」(以降、参考文献1と称す)と非公知の「特願2004−169314号」(以降、参考文献2と称す)とを出願している。本発明者は、これらの技術を含め、特に、メモリアレイの検索動作に要するサイクル時間を詳細に検討したところ、下記二つの問題等を見出した。   Prior to the present application, the inventors of the present application examined speeding up of the CAM using the One-hot-spot block code. Prior to the present application, the inventors of the present application related to the CAM using the One-hot-spot block code and the non-known “Japanese Patent Application No. 2003-429505” (hereinafter referred to as Reference Document 1) and non- A known "Japanese Patent Application No. 2004-169314" (hereinafter referred to as Reference Document 2) has been filed. The inventor has examined the cycle time required for the search operation of the memory array, including these techniques, and found the following two problems.

第一の問題は、CAMが主に適用されている通信分野では、回線速度が10年で1000倍の勢いで向上しているのに対して、半導体デバイスの性能向上が遅いために、CAMの心臓部であるメモリアレイの検索動作サイクル時間短縮の度合いが小さいと予測される点にある。CAMベンダーの中には、一つの検索キーに幾通りかのマスクをかけて、それぞれ別の検索テーブルで検索動作を行うことにより、単位時間当りの検索回数を向上する方式をウェブなどで公開している。しかし、回線速度を維持しながらパケット転送処理を行うには、複数のCAMが必要となるため、実装コストが嵩む恐れがある。実装コストを抑制するには、CAMに順々に入力した検索キーを異なる位相で検索を行う並列処理が望ましい。   The first problem is that, in the communication field where CAM is mainly applied, the line speed has increased by 1000 times in 10 years, whereas the performance improvement of semiconductor devices has been slow. The memory array that is the heart of the memory array is predicted to have a small degree of reduction in the search operation cycle time. Some CAM vendors have published a method on the web, etc. that improves the number of searches per unit time by applying several masks to one search key and performing a search operation with different search tables. ing. However, in order to perform packet transfer processing while maintaining the line speed, a plurality of CAMs are required, which may increase the mounting cost. In order to suppress the mounting cost, it is desirable to perform parallel processing in which search keys sequentially input to the CAM are searched at different phases.

このような処理を実現するために、前述した特許文献1の図11では、二分割されたターナリ・コンテント・アドレッサブル・メモリセル・アレイ(TCAMセルアレイ)に同一の検索テーブルを記憶しておいて、これらに交互に検索キーを入力して検索動作を行う所謂インターリーブ方式が示されている。また、その詳細なメモリアレイ構成として、特許文献1の図12では、TCAMセルアレイ間でセンスアンプを共有し、各センスアンプに接続されたビット線対が同一のTCAMセルアレイに存在する、所謂折り返し型ビット線構成が示されている。そして、このビット線対に前述した二つのダイナミック型記憶セルが接続される。   In order to realize such processing, in FIG. 11 of Patent Document 1 described above, the same search table is stored in a ternary content addressable memory cell array (TCAM cell array) divided into two, A so-called interleaving method in which a search key is alternately input to perform a search operation is shown. As a detailed memory array configuration, in FIG. 12 of Patent Document 1, a sense amplifier is shared between TCAM cell arrays, and a pair of bit lines connected to each sense amplifier exists in the same TCAM cell array. A bit line configuration is shown. The two dynamic memory cells described above are connected to the bit line pair.

しかしながら、折り返し型ビット線構成では、二つのダイナミック型記憶セルの記憶ノードに、論理値“00”や論理値“11”の情報を正確に読み書きすることができない。また、ダイナミック型セルの場合、再書き込み(リフレッシュ)動作も正しく行うことが出来ない。誤動作を防ぐためには、TCAMセルアレイ間で、所謂開放型ビット線構成のセンスアンプ配置とすることが望ましい。さらに、特許文献1では、サーチ線駆動回路はサーチ線対に相補の信号を発生する構成となっているために、検索キーの任意のビットにマスクをかけて該当ビットを強制的に一致とみなす検索動作を行うことができない。したがって、サーチ線駆動回路も新たな構成に置き換えるのが望ましい。   However, in the folded bit line configuration, information of the logical value “00” or the logical value “11” cannot be accurately read / written from / to the storage nodes of the two dynamic storage cells. In the case of a dynamic cell, the rewrite (refresh) operation cannot be performed correctly. In order to prevent malfunction, it is desirable to have a sense amplifier arrangement with a so-called open bit line configuration between TCAM cell arrays. Further, in Patent Document 1, the search line driving circuit is configured to generate a complementary signal to the search line pair, so that an arbitrary bit of the search key is masked and the corresponding bit is forcibly regarded as a match. The search operation cannot be performed. Therefore, it is desirable to replace the search line driving circuit with a new configuration.

第二の問題は、検索動作のサイクル時間がマッチ線の充電時間で律側されている点にある。この問題を説明するため、非特許文献1や参考文献1で示されるメモリアレイ構成を示す。図2は、本発明の前提として検討したCAMのメモリアレイ構成を示す回路ブロック図である。図3は、図2における各回路ブロックの詳細な構成を示す回路図である。   The second problem is that the search operation cycle time is limited by the match line charging time. In order to explain this problem, the memory array configurations shown in Non-Patent Document 1 and Reference Document 1 are shown. FIG. 2 is a circuit block diagram showing a CAM memory array configuration studied as a premise of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of each circuit block in FIG.

図2に示すメモリアレイは、マッチ線が、メインマッチ線MMLm(m=0,1,…)とサブマッチ線SMLmj(m=0,1,…,j=0,1,…)からなる階層構造を形成する。メモリセルDMCは、複数のワード線WLm(m=0,1,…)と複数のビット線BLnx(n=0,1,…、x=0,1,2,3)との交点にそれぞれ配置される。複数のワード線の各々は、ワード・ドライバ群WDBにより駆動され、複数のビット線は、読み書き回路群RWBにより駆動される。   The memory array shown in FIG. 2 has a hierarchical structure in which match lines are composed of main match lines MMLm (m = 0, 1,...) And sub-match lines SMLmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...). Form. The memory cells DMC are arranged at the intersections of the plurality of word lines WLm (m = 0, 1,...) And the plurality of bit lines BLnx (n = 0, 1,..., X = 0, 1, 2, 3), respectively. Is done. Each of the plurality of word lines is driven by a word driver group WDB, and the plurality of bit lines are driven by a read / write circuit group RWB.

ビット線BLnx(n=0,1,…,x=0,1,2,3)には、対応する複数のサーチ線SLnx(n=0,1,…,x=0,1,2,3)がそれぞれ平行に配置される。複数のサーチ線の各々は、サーチ・ドライバ群SDBにより駆動される。また、ワード線WLm(m=0,1,…)には、対応する複数のメインマッチ線MMLm(m=0,1,…)がそれぞれ平行に配置される。   The bit lines BLnx (n = 0, 1,..., X = 0, 1, 2, 3) have a plurality of corresponding search lines SLnx (n = 0, 1,..., X = 0, 1, 2, 3). ) Are arranged in parallel. Each of the plurality of search lines is driven by a search driver group SDB. A plurality of corresponding main match lines MMLm (m = 0, 1,...) Are arranged in parallel to the word lines WLm (m = 0, 1,...).

さらに、複数のサブマッチ線SMLmj(m=0,1,…、j=0,1,…)が、対応するメインマッチ線MMLm(m=0,1,…)にそれぞれ平行に配置され、対応するサブマッチ判定回路SMDmj(m=0,1,…、j=0,1,…)を介してそれぞれ接続される。サブマッチ線には、例えばサブマッチ線SML00のように、四つのメモリセルDMCi(i=0,1,2,3)がそれぞれ接続される。これら四つのメモリセルDMCi(i=0,1,2,3)からなるグループを、参考文献1および非特許文献1ではメモリブロックMBmj(m=0,1,…,j=0,1,…)とそれぞれ呼んでいる。   Further, a plurality of submatch lines SMLmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Are arranged in parallel to the corresponding main match lines MMLm (m = 0, 1,. The sub-match determination circuits SMDmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Are connected to each other. For example, like the submatch line SML00, four memory cells DMCi (i = 0, 1, 2, 3) are connected to the submatch line. A group of these four memory cells DMCi (i = 0, 1, 2, 3) is referred to as a memory block MBmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,. ).

メモリセルDMCの各々は、図3に示すように、3つのNMOSトランジスタT311,T312,T313とキャパシタCで構成される。また、サブマッチ判定回路SMDは、対応するサブマッチ線SMLをプリチャージするためのNMOSトランジスタT321と、サブマッチ線SMLに発生された微小な信号の弁別するためのNMOSトランジスタT322で構成される。   Each memory cell DMC includes three NMOS transistors T311, T312 and T313 and a capacitor C as shown in FIG. The submatch determination circuit SMD includes an NMOS transistor T321 for precharging the corresponding submatch line SML and an NMOS transistor T322 for discriminating a minute signal generated on the submatch line SML.

さらに、図2のメインマッチ判定回路群MMDBは、図3に示すように複数のメインマッチ判定回路MMDm(m=0,1,…)で構成され、それぞれ対応するメインマッチ線MMLを駆動するためのPMOSトランジスタT331と、対応するメインマッチ線上のエントリにおける比較結果を分別するためのセンスアンプSAで構成され、比較結果に応じた電圧のヒット信号(ここではHIT0)を出力する。   Further, the main match determination circuit group MMDB in FIG. 2 is composed of a plurality of main match determination circuits MMDm (m = 0, 1,...) As shown in FIG. 3, and drives the corresponding main match lines MML. PMOS transistor T331 and a sense amplifier SA for classifying the comparison result in the entry on the corresponding main match line, and outputs a hit signal (here, HIT0) having a voltage corresponding to the comparison result.

このような構成において、検索動作を行う際は、まず例えば、図3のメモリセルDMC0に記憶されているデータ(N00)とサーチ線SL00に入力されたデータとが比較され、その一致/不一致に応じて予めプリチャージされたサブマッチ線SML00の電荷保持または電荷放電が定められる。また、これに伴い、サブマッチ判定回路SMD00内のNMOSトランジスタT322のON/OFFも定められる。   In such a configuration, when performing a search operation, for example, the data (N00) stored in the memory cell DMC0 in FIG. 3 is compared with the data input to the search line SL00, and the match / mismatch is determined. Accordingly, charge holding or charge discharging of prematched submatch line SML00 is determined. Along with this, ON / OFF of the NMOS transistor T322 in the submatch determination circuit SMD00 is also determined.

ここで、メインマッチ判定回路MMD00によってサブマッチ線SML00の情報を読み出すために、予め接地電圧VSSを保持しているメインマッチ線MML00をPMOSトランジスタT331によって徐々に充電し、NMOSトランジスタT322による放電有無を調べる動作が行われる。この際に、その充電する電流値は、NMOSトランジスタT322のオン電流より小さな値に設定されているため、不一致時(NMOSトランジスタT322がON時)のメインマッチ線MML00は、センスアンプSAの論理しきい値より低い電圧に抑えられる。   Here, in order to read the information of the submatch line SML00 by the main match determination circuit MMD00, the main match line MML00 holding the ground voltage VSS in advance is gradually charged by the PMOS transistor T331, and the presence / absence of discharge by the NMOS transistor T322 is checked. Operation is performed. At this time, since the current value to be charged is set to a value smaller than the on-current of the NMOS transistor T322, the main match line MML00 at the time of mismatch (when the NMOS transistor T322 is ON) is logically connected to the sense amplifier SA. The voltage can be kept lower than the threshold value.

しかしながら、このようにメインマッチ線MML00を徐々に充電する方式では、センスアンプの起動タイミングが遅くなってしまう恐れがある。すなわち、一般に、PMOSトランジスタよりもNMOSトランジスタの駆動能力の方が高いので、センスアンプの起動タイミングを早めるためには、高い電圧に充電したメインマッチ線をマッチ判定回路内のNMOSトランジスタにより駆動した方が、より早く一致/不一致に応じた信号を発生することができる。   However, in such a method of gradually charging the main match line MML00, there is a possibility that the activation timing of the sense amplifier is delayed. In other words, since the driving capability of the NMOS transistor is generally higher than that of the PMOS transistor, in order to advance the start timing of the sense amplifier, the main match line charged to a high voltage is driven by the NMOS transistor in the match determination circuit. However, a signal corresponding to the match / mismatch can be generated earlier.

そこで、本発明の目的は、このような問題等を鑑み、CAMを含む半導体装置の高速化、または消費電力の低減を実現することにある。   Therefore, in view of such problems and the like, it is an object of the present invention to realize an increase in the speed of a semiconductor device including a CAM or a reduction in power consumption.

なお、参考文献2には、参考文献1および非特許文献1に記載のOne−hot−spotブロック符号を用いたCAMにおけるインタフェイス回路方式が示されている。具体的には、データ領域に応じて複数の情報を圧縮して記憶したり、マスクをかけて記憶したりするための入出力信号のフォーマットと符号化および復号回路構成とが示される。この文献によるCAMでは、IPアドレスなどを入出力する際は最小値と差の組み合わせを扱う。このようなフォーマットの入出力信号を4値情報と呼んでいる。   Reference Document 2 shows an interface circuit system in CAM using the One-hot-spot block code described in Reference Document 1 and Non-Patent Document 1. Specifically, a format of an input / output signal and a coding / decoding circuit configuration for compressing and storing a plurality of pieces of information according to a data area or storing them with a mask are shown. In the CAM according to this document, a combination of a minimum value and a difference is handled when inputting / outputting an IP address or the like. An input / output signal of such a format is called quaternary information.

その他の情報を入出力する際はデータとマスクの組み合わせを扱う。このようなフォーマットの入出力信号を3値情報と呼んでいる。この文献の技術を用いることにより、外付けされたCAMコントローラはエントリの格納状況を容易に監視することが可能となり、One−hot−spotブロック符号を用いたCAMの利便性が増す。   When inputting / outputting other information, a combination of data and mask is handled. An input / output signal of such a format is called ternary information. By using the technique of this document, the externally attached CAM controller can easily monitor the storage status of the entry, and the convenience of the CAM using the one-hot-spot block code is increased.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明による半導体装置は、複数のバンクを備え、さらに、各バンク内に複数のCAMアレイを備えるものである。ここで、各バンク内の複数のCAMアレイの間には、センスアンプ、読み出し回路、書き込み回路、およびサーチ線駆動回路が共有状態で配置される。なお、複数のCAMアレイ内のビット線とセンスアンプとの接続関係は、双方のCAMアレイからビット線を一本ずつセンスアンプに接続した所謂開放ビット線構成となっている。また、CAMアレイ内のメモリセルは、例えば、ダイナミック型の記憶セルとすることができる。   The semiconductor device according to the present invention includes a plurality of banks, and further includes a plurality of CAM arrays in each bank. Here, a sense amplifier, a read circuit, a write circuit, and a search line drive circuit are arranged in a shared state between a plurality of CAM arrays in each bank. Note that the connection relationship between the bit lines and the sense amplifiers in the plurality of CAM arrays is a so-called open bit line configuration in which bit lines from both CAM arrays are connected to the sense amplifiers one by one. The memory cells in the CAM array can be dynamic memory cells, for example.

このような構成によって、メモリセルに対する読み書きおよびリフレッシュといった動作を正しく行うことが可能となる。さらに、複数のバンクを用いたインターリーブ動作を行うことで、高速な検索処理を実現できる。   With such a configuration, it is possible to correctly perform operations such as reading / writing and refreshing with respect to the memory cell. Furthermore, high-speed search processing can be realized by performing an interleave operation using a plurality of banks.

この場合、複数のバンクにそれぞれ異なる位相の制御クロックを分配して、異なる位相でエントリおよび検索キーの処理(読み出し動作、書き込み動作、検索動作)を行うとよい。さらに、複数のバンクに同一の検索テーブルを登録し、連続して入力される検索キーを複数のバンクに順繰りに入力して、異なる位相の制御クロックに同期させて検索動作を行うこともできる。   In this case, control clocks having different phases may be distributed to a plurality of banks, and entry and search key processing (read operation, write operation, search operation) may be performed at different phases. Furthermore, the same search table can be registered in a plurality of banks, search keys that are successively input can be sequentially input to the plurality of banks, and a search operation can be performed in synchronization with control clocks of different phases.

また、本発明による半導体装置は、CAMアレイによる検索動作の際、その検索結果の判定タイミングを発生するダミー回路を有するものである。このダミー回路は、例えば、正規のCAMアレイが備えるメモリセル、ワード線、およびマッチ線などと同様な構成のダミーメモリセル、ダミーワード線、およびダミーマッチ線などを備え、検索動作の際、常に一致または不一致に固定された動作を行う。そして、ダミー回路は、一致または不一致のいずれかに応じて変動するダミーマッチ線の電圧レベルを監視し、最適なタイミングで正規のCAMアレイ内におけるマッチ線の判定回路(センスアンプ)を起動する。このタイミングの最適化によって、高速化または消費電力の低減が可能となる。   The semiconductor device according to the present invention includes a dummy circuit that generates a determination timing of the search result during a search operation using the CAM array. This dummy circuit includes, for example, a dummy memory cell, a dummy word line, a dummy match line, and the like having a configuration similar to that of a memory cell, a word line, a match line, and the like included in a normal CAM array. Perform an action fixed to match or not match. Then, the dummy circuit monitors the voltage level of the dummy match line that fluctuates depending on whether it matches or does not match, and activates the match line determination circuit (sense amplifier) in the regular CAM array at the optimum timing. This optimization of timing makes it possible to increase the speed or reduce the power consumption.

さらに、マッチ線およびダミーマッチ線の判定を行う際には、前述した課題で述べたようにマッチ線を徐々に充電しながら放電経路の有無に応じて電圧が上昇するか否かを検出する方式ではなく、急速に充電したマッチ線の電圧が放電経路の有無に応じて下降するか否かを検出する方式にするとよい。これによって、検索動作の高速化が図れる。また、マッチ線の電圧レベルは、デフォルト状態で不一致時の電圧レベルにしておくとよい。これによって、実使用上の消費電力を低減することが可能となる。   Furthermore, when determining the match line and the dummy match line, as described in the above-mentioned problem, a method for detecting whether the voltage rises according to the presence or absence of the discharge path while gradually charging the match line Instead, it is preferable to use a method for detecting whether or not the voltage of the match line that has been rapidly charged falls according to the presence or absence of the discharge path. As a result, the search operation can be speeded up. Further, the voltage level of the match line is preferably set to the voltage level at the time of mismatch in the default state. As a result, power consumption in actual use can be reduced.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、半導体装置の高速化または消費電力の低減を実現できる。   The effects obtained by typical inventions among the inventions disclosed in this application will be briefly described, so that the semiconductor device can be increased in speed or reduced in power consumption.

本発明の実施の形態1の半導体装置において、それに含まれるCAMの要部ブロックの基本構成例を示すブロック図である。In the semiconductor device of Embodiment 1 of this invention, it is a block diagram which shows the basic structural example of the principal part block of CAM contained in it. 本発明の前提として検討したCAMのメモリアレイ構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram showing a memory array configuration of a CAM studied as a premise of the present invention. 図2における各回路ブロックの詳細な構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of each circuit block in FIG. 2. 図1におけるバンクBK1,BK2の構成の一例を示す回路ブロック図である。FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of a configuration of banks BK1 and BK2 in FIG. 図4における読み書き検索回路RWSCT00を例に、その構成の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the read / write search circuit RWSCT00 in FIG. 4 as an example. 図1のCAMにおいて、二つの検索キーD1,D2を基本モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of an operation when searching for two search keys D1 and D2 in the basic mode in the CAM of FIG. 図1のCAMにおいて、四つの検索キーD1,D2,D3,D4をインターリーブ・モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of an operation when searching four search keys D1, D2, D3, and D4 in the interleave mode in the CAM of FIG. 1; 本発明の実施の形態2の半導体装置において、それに含まれるCAMの要部ブロックの基本構成例を示すブロック図である。In the semiconductor device of Embodiment 2 of this invention, it is a block diagram which shows the basic structural example of the principal part block of CAM contained in it. 図8のCAMにおいて、データ・バスDQのバス幅よりも広い2kビット幅の二つの検索キーを基本モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing an example of an operation in the case where two search keys having a width of 2 k bits wider than the bus width of the data bus DQ are searched in the basic mode in the CAM of FIG. 8. 図8のCAMにおいて、2kビット幅の四つの検索キーをインターリーブ・モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram showing an example of operation when searching for four search keys having a width of 2 k bits in the interleave mode in the CAM of FIG. 8. 本発明による実施の形態3の半導体装置において、それに含まれるCAMの図2とは異なるメモリアレイ構成例を示す回路ブロック図である。In the semiconductor device of Embodiment 3 by this invention, it is a circuit block diagram which shows the memory array structural example different from FIG. 2 of CAM contained in it. 図11におけるダミー・サブマッチ判定回路、ダミー・メインマッチ判定回路、メインマッチ判定回路の詳細な構成例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration example of a dummy / submatch determination circuit, a dummy / main match determination circuit, and a main match determination circuit in FIG. 11; 図12のサブアレイにおいて、一致エントリを検出する場合の検索動作の一例を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing an example of a search operation when a matching entry is detected in the subarray of FIG. 図12のサブアレイにおいて、不一致エントリを検出する場合の検索動作の一例を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram showing an example of a search operation when a mismatched entry is detected in the subarray of FIG. ルータの構成例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a router typically. 図15のルータで転送処理するパケットの構成例を模式的に示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration example of a packet to be transferred by the router in FIG. 15.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. The circuit elements constituting each functional block of the embodiment are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known integrated circuit technology such as a CMOS (complementary MOS transistor). .

なお、実施の形態では、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の一例としてMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを用いる。図面において、Pチャネル型MOSトランジスタ(PMOSトランジスタ)にはゲートに矢印の記号を付すことで、Nチャネル型MOSトランジスタ(NMOSトランジスタ)と区別することとする。図面にはMOSトランジスタの基板電位の接続は特に明記していないが、MOSトランジスタが正常動作可能な範囲であれば、その接続方法は特に限定しない。   Note that, in the embodiment, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is used as an example of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). In the drawing, a P-channel MOS transistor (PMOS transistor) is distinguished from an N-channel MOS transistor (NMOS transistor) by adding an arrow symbol to the gate. Although the connection of the substrate potential of the MOS transistor is not particularly specified in the drawing, the connection method is not particularly limited as long as the MOS transistor can operate normally.

(実施の形態1)
まず、CAMの全体構成について説明する。
(Embodiment 1)
First, the overall configuration of the CAM will be described.

図1は、本発明の実施の形態1の半導体装置において、それに含まれるCAMの要部ブロックの基本構成例を示すブロック図である。本構成は、コマンド・デコーダCDEC、CAM制御回路CAMCTL1、データ入出力回路DIO、各種レジスタ群REGBK、符号化回路群ENCBK、復号回路群DECBK、バンク化されたメモリアレイBK1,BK2、RAM制御回路RAMCTLを有する。同図では、簡単のため検索動作におけるデータが送受信される経路に注目しており、アドレス関連の回路ブロックであるリフレッシュ・カウンタやロウ・デコーダなどは省略されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration example of a main block of a CAM included in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This configuration includes a command decoder CDEC, a CAM control circuit CAMCTL1, a data input / output circuit DIO, various register groups REGBK, an encoding circuit group ENCBK, a decoding circuit group DECBK, banked memory arrays BK1 and BK2, and a RAM control circuit RAMCTL. Have In the figure, for simplicity, attention is paid to a path through which data in a search operation is transmitted and received, and a refresh counter, a row decoder, and the like, which are circuit blocks related to addresses, are omitted.

コマンド・デコーダCDECは、コマンド信号CMD[j:1]の受信と符号化を行い、後述するレジスタを選択するための信号をコマンド・バスCBSを介して各種レジスタ群REGBKに出力する。あるいは、後述するCAM制御回路CAMCTL1などチップ内の制御回路ブロックにリード・イネーブル信号RDE、ライト・イネーブル信号WTE、サーチ・イネーブル信号SCEを出力する。   The command decoder CDEC receives and encodes the command signal CMD [j: 1], and outputs a signal for selecting a register, which will be described later, to various register groups REGBK via the command bus CBS. Alternatively, the read enable signal RDE, the write enable signal WTE, and the search enable signal SCE are output to a control circuit block in the chip such as a CAM control circuit CAMCTL1 described later.

CAM制御回路CAMCTL1は、本発明によるCAMに接続されたコントローラ(または、ネットワーク・プロセッサや検索エンジンなどと呼ばれる制御回路)が発生するマスタ・クロックMCLKとマルチ・バンク・イネーブル信号MBKEを受信すると共に、前述のリード・イネーブル信号RDE、ライト・イネーブル信号WTE、サーチ・イネーブル信号SCEに応じて、バンク制御クロックBCLK1,BCLK2、データ・クロックDCLK、コンテント・アドレス・クロックACLKを発生する。   The CAM control circuit CAMCTL1 receives a master clock MCLK and a multi-bank enable signal MBKE generated by a controller (or a control circuit called a network processor or a search engine) connected to the CAM according to the present invention, In response to the read enable signal RDE, write enable signal WTE, and search enable signal SCE, the bank control clocks BCLK1 and BCLK2, the data clock DCLK, and the content address clock ACLK are generated.

データ入出力回路DIOは、データ・バスDQ[k:1]と内部データ・バスDBS[k:1]との間に配置され、アドレス信号やデータ、さらにチップの各種設定を定義する制御信号の授受を行う。特に、データの授受の際は、前述のデータ・クロックDCLKに同期して、データの授受を行う。なお、バス幅kを偶数と仮定して、以下の説明を続ける。   The data input / output circuit DIO is arranged between the data bus DQ [k: 1] and the internal data bus DBS [k: 1], and includes control signals for defining address signals, data, and various chip settings. Give and receive. In particular, when data is transferred, data is transferred in synchronization with the data clock DCLK. The following description will be continued assuming that the bus width k is an even number.

各種レジスタ群REGBKは、データ・バスDQの信号線数(ここではk本)に応じた複数ビットのレジスタでそれぞれ構成される。同図では、内部データ・バスDBSを介して信号の授受を行うレジスタとして、四つのレジスタ群が示されている。   Each of the various register groups REGBK is composed of a plurality of bits corresponding to the number of signal lines of the data bus DQ (here, k). In the figure, four register groups are shown as registers for transmitting and receiving signals via the internal data bus DBS.

第一の入力マスク/差レジスタ群INMD1〜INMDsは、入力するエントリや検索キーのデータ領域に対応して、マスク情報や差を格納する。第二の出力マスク/差レジスタ群OUTMD1〜OUTMDsは、読み出すエントリのデータ領域に対応して、マスク情報や差を格納する。   The first input mask / difference register groups INMD1 to INMDs store mask information and differences corresponding to input entry and search key data areas. The second output mask / difference register groups OUTMD1 to OUTMDs store mask information and differences corresponding to the data area of the entry to be read.

第三のデータ領域識別レジスタ群DFI1〜DFIsは、CAMが処理する情報形式をビット毎に区別するための識別情報を格納する。第四のマッチ・アドレス・レジスタMA1〜MAsは、後述するマッチ・アドレスMABSと内部データ・バスDBSとの間に挿入され、検索動作時に発生されたマッチ・アドレス(詳細は後述)を格納する。なお、一致したエントリが複数あった場合、最上位(例えば、対応するロウ・アドレスが最も小さい番号の行)のエントリに応じたアドレス信号から順に出力する機能を有する。なお、以上で述べたレジスタ群は、同じ構成の複数のレジスタでそれぞれ構成されており、前述のコマンド信号群やアドレス信号によって所望のレジスタが選択される。   The third data area identification register groups DFI1 to DFIs store identification information for distinguishing the information format processed by the CAM for each bit. The fourth match address registers MA1 to MAs are inserted between a match address MABS, which will be described later, and the internal data bus DBS, and store a match address (details will be described later) generated during the search operation. Note that when there are a plurality of matching entries, the address signal corresponding to the entry at the highest level (for example, the row with the lowest corresponding row address) is output in order. Note that the register group described above is composed of a plurality of registers having the same configuration, and a desired register is selected by the command signal group and the address signal described above.

符号化回路群ENCBKは、データ・バスDQの信号線数(ここではk本)に応じたkビットの3値情報−One−hot−spotブロック符号化回路群TOBENCと4値情報−One−hot−spotブロック符号化回路群QOBENCを有し、データ領域識別バスDFIBSを介して入力される前述のデータ領域識別レジスタ群DFI1〜DFIsの値に応じて、符号化ブロック毎に何れか一方の符号化回路が活性化される。   The encoding circuit group ENCBK includes k-bit ternary information-One-hot-spot block encoding circuit group TOBENC and quaternary information-One-hot according to the number of signal lines (in this case, k) of the data bus DQ. -Spot block coding circuit group QOBENC, and one of the coding blocks for each coding block according to the value of the data area identification register groups DFI1 to DFIs input via the data area identification bus DFIBS The circuit is activated.

例えば、2ビット毎に符号化する場合、符号化ブロックに該当する情報が3値か4値かに応じて、2ビット毎に符号化回路群ENCBKの構成が設定される。そして、前述の入力マスク/差レジスタ群INMD1〜INMDsから入力マスク/差バスINMDBSを介して得た情報(ここでは差およびマスク)と、内部データ・バスDBSを介して入力された情報(ここでは最小値およびデータ)を受信して、エントリまたは検索キーをOne−hot−spotブロック符号化し、2k本の信号線からなる符号化情報バスENCBSに出力する。   For example, when encoding is performed every 2 bits, the configuration of the encoding circuit group ENCBK is set every 2 bits depending on whether the information corresponding to the encoded block is ternary or quaternary. Information (here, difference and mask) obtained from the above-described input mask / difference register groups INMD1 to INMDs via the input mask / difference bus INMDBS and information inputted via the internal data bus DBS (here: (Minimum value and data) is received, and the entry or search key is encoded into a one-hot-spot block and output to an encoded information bus ENCBS composed of 2k signal lines.

一方、復号回路群DECBKは、データ・バスDQの信号線数(ここではk本)に応じた複数ビットのOne−hot−spotブロック符号−3値情報復号回路群OBTDECとOne−hot−spotブロック符号−4値情報復号回路群OBQENCを有し、データ領域識別バスDFIBSを介して入力される前述のデータ領域識別レジスタ群DFI1〜DFIsの値に応じて、符号化ブロック毎に何れか一方の復号回路が活性化される。   On the other hand, the decoding circuit group DECBK is a multi-bit one-hot-spot block code-three-value information decoding circuit group OBTDEC and one-hot-spot block corresponding to the number of signal lines (here, k) of the data bus DQ. One of the coded blocks is decoded for each coding block according to the values of the data area identification register groups DFI1 to DFIs input through the data area identification bus DFIBS. The circuit is activated.

例えば、2ビット毎に符号化する場合、符号化ブロックに該当する情報が3値か4値かに応じて、2ビット毎に復号回路群DECBKの構成が設定される。そして、2k本の信号線からなる符号化情報バスENCBSを介して読み出されたエントリを復号し、マスクおよび差を出力マスク/差バスOUTMDBSを介して前述の出力マスク/差レジスタ群OUTMD1〜OUTMDsへ一時格納すると共に、内部データ・バスDBSを介してデータおよび最小値をデータ入出力回路DIOへ出力する。   For example, when encoding is performed every 2 bits, the configuration of the decoding circuit group DECBK is set every 2 bits depending on whether the information corresponding to the encoded block is ternary or quaternary. Then, the entry read through the encoded information bus ENCBS composed of 2k signal lines is decoded, and the mask and difference are output through the output mask / difference bus OUTMDBS and the output mask / difference register groups OUTMD1 to OUTMDs described above. The data and the minimum value are output to the data input / output circuit DIO via the internal data bus DBS.

なお、これらの各種レジスタ群REGBK、符号化回路群ENCBKおよび復号回路群DECBKの詳細は、参考文献2に記載されている。   Details of these various register groups REGBK, encoding circuit group ENCBK, and decoding circuit group DECBK are described in Reference Document 2.

バンクBK1,BK2は、バンク化されたメモリアレイがさらに分割されたサブアレイSARYU,SARYL、読み書き検索回路群RWSBK、メモリ制御回路MC、プライオリティ・エンコーダPEをそれぞれ有する。サブアレイSARYU、SARYLは、図2に示した構成からサーチ・ドライバ群SDBと読み書き回路群RWBを省いた構成である。例えば、2ビット毎にエントリや検索キーが符号化される場合、データ・バスDQのバス幅に応じてkビットのエントリを記憶できるように、一つのワード線にk/2個のメモリブロックが接続されている。また、詳細は後述するが、読み書き検索回路群RWSBKは、サブアレイSARYU、SARYLで共有される。   The banks BK1 and BK2 have subarrays SARYU and SARYL, a read / write search circuit group RWSBK, a memory control circuit MC, and a priority encoder PE, respectively, into which the banked memory array is further divided. The subarrays SARYU and SARYL have a configuration in which the search driver group SDB and the read / write circuit group RWB are omitted from the configuration shown in FIG. For example, when entries and search keys are encoded every 2 bits, k / 2 memory blocks are provided on one word line so that k-bit entries can be stored according to the bus width of the data bus DQ. It is connected. Although details will be described later, the read / write search circuit group RWSBK is shared by the subarrays SARYU and SARYL.

メモリ制御回路MCは、前述のリード・イネーブル信号RDE、ライト・イネーブル信号WTE、サーチ・イネーブル信号SCEをそれぞれ受信し、これらの信号の何れかが動作に応じて活性化されると、バンク制御クロックBCLK1,BCLK2に同期した複数の内部制御信号(詳細は後述する)を発生する。   The memory control circuit MC receives the read enable signal RDE, the write enable signal WTE, and the search enable signal SCE, respectively. When any of these signals is activated according to the operation, the bank control clock MC A plurality of internal control signals (details will be described later) are generated in synchronization with BCLK1 and BCLK2.

プライオリティ・エンコーダPEは、検索動作において、バンクBK1,BK2内のサブアレイSARYU,SARYLにおけるメインマッチ判定回路群MMDBの出力信号(すなわち、図3に示したヒット信号HIT0など)を一致信号バスHBSU、HBSLを介して受信し、検索キーと一致したエントリに対応するアドレス(以下では、マッチ・アドレスと呼ぶ。)信号を発生する。このアドレス信号は、マッチ・アドレス・バスMABSを介してRAM制御回路RAMCTLおよびマッチ・アドレス・レジスタ群MA0〜MAsに入力される。   In the search operation, the priority encoder PE uses the output signals of the main match determination circuit group MMDB in the subarrays SARYU and SARYL in the banks BK1 and BK2 (that is, the hit signal HIT0 shown in FIG. 3) as the match signal buses HBSU and HBSL. An address (hereinafter referred to as a match address) signal corresponding to the entry that matches the search key is generated. This address signal is input to the RAM control circuit RAMCTL and the match address register groups MA0 to MAs via the match address bus MABS.

RAM制御回路RAMCTLは、コンテント・アドレス・クロックACLKに応じて、マッチ・アドレスをコンテント・アドレス信号群CADD[r:1]からDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)やSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)に出力する。ここで、rは、本実施の形態によるCAMのメモリアレイ構成に応じて決まる整数である。   The RAM control circuit RAMCTL changes the match address from the content address signal group CADD [r: 1] to DRAM (dynamic random access memory) or SRAM (static random access) according to the content address clock ACLK.・ Output to memory. Here, r is an integer determined according to the memory array configuration of the CAM according to the present embodiment.

なお、本実施の形態によるCAMを形成する構成要素は、図1に記載の回路ブロックや信号に限らず、様々な要素ブロックや信号が含まれる。例えば、クロックの位相調整用のフェーズ・ロックド・ループPLLやディレイ・ロックド・ループDLL、テスト回路、カスケード接続したチップを制御するコントローラ、外付けのコンテント・メモリ(例えば、SRAMやDRAM)を制御するRAM用クロック、RAM制御信号群などが図1では簡単のために省略されている。   Note that the components forming the CAM according to the present embodiment are not limited to the circuit blocks and signals illustrated in FIG. 1 but include various element blocks and signals. For example, a phase locked loop PLL or delay locked loop DLL for clock phase adjustment, a test circuit, a controller for controlling cascaded chips, and an external content memory (for example, SRAM or DRAM) are controlled. The RAM clock, the RAM control signal group, etc. are omitted in FIG. 1 for simplicity.

つぎに、メモリアレイ構成と動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the memory array will be described.

図4は、図1におけるバンクBK1,BK2の構成の一例を示す回路ブロック図である。以下に示す記号の添え字‘n’は、0、1、…、(k/2)−1のいずれかである(‘k’は偶数)。また、添え字‘x’は、0、1、2、3のいずれかである。   FIG. 4 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of banks BK1 and BK2 in FIG. The subscript “n” of the symbol shown below is one of 0, 1,..., (K / 2) −1 (“k” is an even number). The subscript “x” is any one of 0, 1, 2, and 3.

符号化データ線ENCLnxは、前述した2k本の符号化情報バスENCBSの構成要素である。読み書き検索回路群RWSBKは、2k個の読み書き検索回路RWSCTnxを有する。符号化情報バスENCBSは対応するRWSCTnxを介して、サーチ線SLnxにそれぞれ接続される。サーチ線SLnxのそれぞれは、サブアレイSARYU、SARYLで共有され、双方のサブアレイ内の対応するメモリセルに接続される。また、サーチ線SLnxに対応するサブアレイSARYU内のビット線BLnxUとサブアレイSARYL内のビット線BLnxLが、対応する読み書き検索回路RWSCTnxにそれぞれ接続される。   The encoded data line ENCLnx is a component of the 2k encoded information buses ENCBS described above. The read / write search circuit group RWSBK has 2k read / write search circuits RWSCTnx. The encoded information bus ENCBS is connected to the search line SLnx via the corresponding RWSCTnx. Each search line SLnx is shared by the subarrays SARYU and SARYL, and is connected to the corresponding memory cell in both subarrays. In addition, the bit line BLnxU in the subarray SARYU corresponding to the search line SLnx and the bit line BLnxL in the subarray SARYL are connected to the corresponding read / write search circuit RWSCTnx.

図5は、図4における読み書き検索回路RWSCT00を例に、その構成の一例を示す回路図である。本実施の形態による読み書き検索回路は、センスアンプSA、イコライズ回路EQ、読み出し回路RCKT、書き込み回路WCKT、サーチ線駆動回路SCKTで構成される。   FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the read / write search circuit RWSCT00 in FIG. 4 as an example. The read / write search circuit according to this embodiment includes a sense amplifier SA, an equalize circuit EQ, a read circuit RCKT, a write circuit WCKT, and a search line drive circuit SCKT.

センスアンプSAは、DRAMで広く用いられているように、2個のPMOSトランジスタP500,P501と2個のNMOSトランジスタN500,N501とをクロスカップル接続した公知の回路構成である。待機時にビット線BL00U,BL00Lと共に参照電圧VREF(ここでは、電源電圧VDDと接地電圧VSSとの中間電圧)となっている共通ソース線CSPを電源電圧VDDに、共通ソース線CSNを接地電圧VSSにそれぞれ駆動することにより活性化して、ビット線対に発生した微小な電圧信号を増幅する。   The sense amplifier SA has a known circuit configuration in which two PMOS transistors P500 and P501 and two NMOS transistors N500 and N501 are cross-coupled as widely used in DRAMs. During standby, the common source line CSP which is at the reference voltage VREF (here, the intermediate voltage between the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS) together with the bit lines BL00U and BL00L is set to the power supply voltage VDD and the common source line CSN is set to the ground voltage VSS. Each is activated by driving to amplify a minute voltage signal generated in the bit line pair.

イコライズ回路EQは、DRAMで広く用いられているように、3個のNMOSトランジスタN510,N511,N512からなる公知の回路構成である。それぞれのゲートが接続されているビット線イコライズ信号BLEQを、待機時に昇圧電圧VPP(ここで、昇圧電圧VPPは電源電圧VDDよりもNMOSトランジスタのしきい電圧VTNだけ高いか、それよりも高い電圧に設定されている。)に駆動することにより、トランジスタN511とN512を導通させて参照電圧VREFをビット線対に供給すると共に、トランジスタN510を導通させてビット線対を短絡する。   The equalize circuit EQ has a known circuit configuration including three NMOS transistors N510, N511, and N512, as widely used in DRAMs. The bit line equalize signal BLEQ to which each gate is connected is set to the boosted voltage VPP during standby (where the boosted voltage VPP is higher than the power supply voltage VDD by the threshold voltage VTN of the NMOS transistor or higher than that). By driving the transistors N511 and N512, the reference voltage VREF is supplied to the bit line pair, and the transistor N510 is turned on to short-circuit the bit line pair.

以上のセンスアンプSAとイコライズ回路EQの構成により、公知の開放ビット線構造のDRAMと同様の動作によるエントリの読み書きおよび再書き込み(リフレッシュ)動作を行うことができる。   With the above configuration of the sense amplifier SA and the equalize circuit EQ, it is possible to perform entry read / write and rewrite (refresh) operations by the same operation as a known open bit line DRAM.

読み出し回路RCKTは、PMOSトランジスタP520,P521と、NMOSトランジスタN520,N521,N522,N523とで構成される。トランジスタN520,N521のソースもしくはドレインの一方をビット線BL00U,BL00Lにそれぞれ接続し、他方を互いに接続する。この共通ノードをIN50と呼ぶ。また、トランジスタN520,N521のゲート電極を、読み出し起動信号RDL、RDUにそれぞれ接続する。トランジスタN522、N523を符号化データ線ENCL00と接地電圧VSS端子との間で直列接続し、トランジスタP520を電源電圧VDD端子と符号化データ線ENCL00との間に電流経路を形成するように挿入する。   The read circuit RCKT includes PMOS transistors P520 and P521 and NMOS transistors N520, N521, N522, and N523. One of the sources or drains of the transistors N520 and N521 is connected to the bit lines BL00U and BL00L, respectively, and the other is connected to each other. This common node is called IN50. Further, the gate electrodes of the transistors N520 and N521 are connected to the read activation signals RDL and RDU, respectively. The transistors N522 and N523 are connected in series between the encoded data line ENCL00 and the ground voltage VSS terminal, and the transistor P520 is inserted so as to form a current path between the power supply voltage VDD terminal and the encoded data line ENCL00.

また、トランジスタP521を電源電圧VDD端子と共通ノードIN50との間に電流経路を形成するように挿入する。さらに、トランジスタP520,N522のゲート電極を共通ノードIN50に、トランジスタP521,N523のゲート電極を読み出し起動信号RDにそれぞれ接続する。以上の接続により、トランジスタP520,N522,N523は、符号化データ線ENCL00を駆動するドライバ回路の構成をなす。なお、これらの読み出し系回路(および後述する書き込み系回路ならびにサーチ線駆動用の回路)は、ビット線対BL00U/BL00Lが共に同一の負荷容量となるような回路構成となっている。   The transistor P521 is inserted so as to form a current path between the power supply voltage VDD terminal and the common node IN50. Further, the gate electrodes of the transistors P520 and N522 are connected to the common node IN50, and the gate electrodes of the transistors P521 and N523 are connected to the read activation signal RD. With the above connection, the transistors P520, N522, and N523 form a driver circuit that drives the encoded data line ENCL00. Note that these read circuits (and a write circuit and search line driving circuit described later) have a circuit configuration in which the bit line pairs BL00U / BL00L both have the same load capacitance.

このような回路構成において、待機時は、読み出し起動信号RDL,RDU,RDの全てが接地電圧VSSに保持されているので、トランジスタN520,N521,N523がカットオフ状態にあり、ビット線対と共通ノードIN50は切り離される。また、トランジスタP521が導通されて、共通ノードIN50が電源電圧VDDに駆動されることにより、トランジスタP520がカットオフ状態となり、ドライバ回路はハイ・インピーダンス状態となる。   In such a circuit configuration, since all of the read start signals RDL, RDU, and RD are held at the ground voltage VSS during standby, the transistors N520, N521, and N523 are in a cut-off state and are common to the bit line pair. Node IN50 is disconnected. Further, the transistor P521 is turned on and the common node IN50 is driven to the power supply voltage VDD, whereby the transistor P520 is cut off and the driver circuit is in a high impedance state.

一方、サブアレイSARYU側のエントリを読み出す場合、ビット線対に読み出された微小信号をセンスアンプSAで増幅した後に、読み出し起動信号RDLを接地電圧VSSに保持したまま、接地電圧VSSとなっている読み出し起動信号RD,RDUを昇圧電圧VPPに駆動することにより、トランジスタN521を導通させてビット線BL00Lと共通ノードIN50とを短絡する。また、ドライバ回路を活性化状態とすることにより、ビット線BL00Lと反対極性の電圧信号を符号化データ線ENCL00に出力する。   On the other hand, when reading an entry on the sub-array SARYU side, the minute signal read to the bit line pair is amplified by the sense amplifier SA, and then the read activation signal RDL is held at the ground voltage VSS and the ground voltage VSS is obtained. By driving the read activation signals RD and RDU to the boosted voltage VPP, the transistor N521 is turned on to short-circuit the bit line BL00L and the common node IN50. In addition, by activating the driver circuit, a voltage signal having a polarity opposite to that of the bit line BL00L is output to the encoded data line ENCL00.

反対に、サブアレイSARYL側のエントリを読み出す場合、信号RD,RDLを昇圧電圧VPPに駆動することにより、トランジスタN520を導通させてビット線BL00Uと共通ノードIN50とを短絡する。また、ドライバ回路を活性化状態とすることにより、ビット線BL00Uと反対極性の電圧信号を符号化データ線ENCL00に出力する。このような構成と動作により、読み出し動作におけるビット線対の負荷容量のバランスを維持すると共に、エントリと同じ極性の読み出し信号を負荷容量の大きな符号化データ線に高速に読み出すことができる。   On the other hand, when reading an entry on the sub-array SARYL side, driving the signals RD and RDL to the boosted voltage VPP causes the transistor N520 to conduct and short-circuit the bit line BL00U and the common node IN50. Further, by activating the driver circuit, a voltage signal having a polarity opposite to that of the bit line BL00U is output to the encoded data line ENCL00. With such a configuration and operation, the load capacity balance of the bit line pair in the read operation can be maintained, and a read signal having the same polarity as that of the entry can be read at a high speed onto an encoded data line having a large load capacity.

書き込み回路WCKTは、NMOSトランジスタN530、N531とで構成される。トランジスタN530,N531のソースもしくはドレインの一方をビット線BL00U,BL00Lにそれぞれ接続し、他方を符号化データ線ENCL00に接続する。また、トランジスタN530,N531のゲートを、書き込み起動信号WTU,WTLにそれぞれ接続する。   The write circuit WCKT includes NMOS transistors N530 and N531. One of the sources or drains of the transistors N530 and N531 is connected to the bit lines BL00U and BL00L, respectively, and the other is connected to the encoded data line ENCL00. In addition, the gates of the transistors N530 and N531 are connected to the write activation signals WTU and WTL, respectively.

このような回路構成においてサブアレイSARYU側にエントリを書き込む場合、ビット線対に読み出された微小信号をセンスアンプSAで増幅した後に、書き込み起動信号WTLを接地電圧VSSに保持したまま、接地電圧VSSとなっている書き込み起動信号WTUを昇圧電圧VPPに駆動することによりトランジスタN530を導通させて、ビット線BL00Uと符号化データ線ENCL00とを短絡する。   When writing an entry to the sub-array SARYU side in such a circuit configuration, after a minute signal read to the bit line pair is amplified by the sense amplifier SA, the write activation signal WTL is held at the ground voltage VSS and the ground voltage VSS is held. By driving the write activation signal WTU to the boosted voltage VPP, the transistor N530 is turned on, and the bit line BL00U and the encoded data line ENCL00 are short-circuited.

反対に、サブアレイSARYL側にエントリを書き込む場合、信号WTLを昇圧電圧VPPに駆動することによりトランジスタN531を導通させて、ビット線BL00Lと符号化データ線ENCL00とを接続する。このような構成と動作により、読み出し動作におけるビット線対の負荷容量のバランスを維持すると共に、開放型ビット線構成のDRAMと同様の書き込み動作が可能となる。   On the other hand, when writing an entry on the subarray SARYL side, the transistor N531 is made conductive by driving the signal WTL to the boost voltage VPP to connect the bit line BL00L and the encoded data line ENCL00. With such a configuration and operation, the balance of the load capacity of the bit line pair in the read operation can be maintained, and a write operation similar to that of a DRAM having an open bit line configuration can be performed.

サーチ線駆動回路SCKTは、PMOSトランジスタP540,P541と、NMOSトランジスタN540,N541,N542とで構成される。PMOSトランジスタP540,P541とNMOSトランジスタN540,N541は、所謂クロックド・インバータ型のドライバ回路構成をなす。トランジスタP540,N541のゲート電極を検索起動信号SCEB,SCETにそれぞれ接続し、トランジスタP541,N540のゲート電極を符号化データ線ENCL00に、出力ノードをサーチ線SL00に接続する。NMOSトランジスタN542は、サーチ線SL00と接地電圧VSS端子との間に電流経路を形成するように挿入され、ゲート電極が検索起動信号SCEBに接続される。   The search line drive circuit SCKT includes PMOS transistors P540 and P541, and NMOS transistors N540, N541, and N542. The PMOS transistors P540 and P541 and the NMOS transistors N540 and N541 form a so-called clocked inverter type driver circuit configuration. The gate electrodes of the transistors P540 and N541 are connected to the search activation signals SCEB and SCET, respectively, the gate electrodes of the transistors P541 and N540 are connected to the encoded data line ENCL00, and the output node is connected to the search line SL00. The NMOS transistor N542 is inserted so as to form a current path between the search line SL00 and the ground voltage VSS terminal, and the gate electrode is connected to the search activation signal SCEB.

このような回路構成において、待機時のサーチ線SL00は、検索起動信号SCEBが電源電圧VDDに保持されているため、トランジスタN542が導通することにより接地電圧VSSに保持される。検索動作が始まると、接地電圧VSSとなっていた検索起動信号SCETを電源電極VDDに、電源電極VDDとなっていた検索起動信号SCEBを接地電圧VSSに駆動することにより、トランジスタN542がカットオフ状態になると共に、ドライバ回路が活性化される。そして、待機時に電源電圧VDDとしていた符号化データ線ENCL00に符号化された検索キーと反対極性の信号が入力されることにより、サーチ線SL00が検索キーに応じた電圧に駆動される。   In such a circuit configuration, the search line SL00 during standby is held at the ground voltage VSS when the transistor N542 is turned on because the search activation signal SCEB is held at the power supply voltage VDD. When the search operation starts, the search activation signal SCET that has been at the ground voltage VSS is driven to the power supply electrode VDD, and the search activation signal SCEB that has been at the power supply electrode VDD is driven to the ground voltage VSS, so that the transistor N542 is cut off. At the same time, the driver circuit is activated. Then, when a signal having a polarity opposite to that of the encoded search key is input to the encoded data line ENCL00 that has been set to the power supply voltage VDD during standby, the search line SL00 is driven to a voltage corresponding to the search key.

このような構成と動作により、検索動作におけるサーチ線の駆動時間を短縮し、メモリアレイのサイクルを向上することができる。また、ビット線とサーチ線が符号化情報バスを共有することにより、バス配線の本数を削減できて、チップ面積を抑制することができる。   With such a configuration and operation, the search line drive time in the search operation can be shortened, and the cycle of the memory array can be improved. Further, since the bit line and the search line share the encoded information bus, the number of bus wirings can be reduced, and the chip area can be suppressed.

つぎに、図1のCAMを用いた基本モードの検索動作について説明する。   Next, a basic mode search operation using the CAM of FIG. 1 will be described.

図6は、図1のCAMにおいて、二つの検索キーD1,D2を基本モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。本モードの特徴は、二つのバンクBK1,BK2を跨いで一つの検索テーブルを登録し、検索動作を行う点にある。   FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of the operation when the two search keys D1 and D2 are searched in the basic mode in the CAM of FIG. The feature of this mode is that one search table is registered across two banks BK1 and BK2, and a search operation is performed.

まず、1サイクル目に、マスタ・クロックMCLKに同期してサーチ・コマンドS1がコマンド信号群CMDを介して入力され、サーチ・イネーブル信号SCEが活性化される。これに応じて、CAM制御回路CAMCTL1は、マスタ・クロックMCKLを分周したデータ・クロックDCLKを発生することにより、この立ち上がりエッジに同期して、検索キーD1がデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。   First, in the first cycle, the search command S1 is input via the command signal group CMD in synchronization with the master clock MCLK, and the search enable signal SCE is activated. In response to this, the CAM control circuit CAMCTL1 generates the data clock DCLK obtained by dividing the master clock MCKL, so that the search key D1 is synchronized with the rising edge so that the search key D1 is the data input / output circuit DIO and the encoding circuit. Input to the encoded information bus ENCBS via the group ENCBK.

同時に、CAM制御回路CAMCTL1は、パルス信号をバンク制御クロックBCLK1,BCLK2にそれぞれ発生する。これらのバンク制御クロックとサーチ・イネーブル信号SCEに応じて、バンクBK1,BK2の各メモリ制御回路MCは、サーチ・イネーブル信号SCET(1),SCEB(1),SCET(2),SCEB(2)をそれぞれ活性化させることにより、検索キーD1がメモリアレイに入力される。すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(1),SL00(2)が検索キーD1の対応するビットに応じた電圧に駆動されて、各バンクで検索動作が行われる。なお、括弧内の数字はバンクBK1,BK2の添え字に対応するものである。   At the same time, the CAM control circuit CAMCTL1 generates pulse signals on the bank control clocks BCLK1 and BCLK2, respectively. In response to these bank control clocks and the search enable signal SCE, the memory control circuits MC of the banks BK1 and BK2 search the search enable signals SCET (1), SCEB (1), SCET (2), SCEB (2). Are activated, the search key D1 is input to the memory array. That is, the search lines SL00 (1) and SL00 (2) are driven to voltages according to the corresponding bits of the search key D1 by the search line drive circuit SCKT shown in FIG. 5, and the search operation is performed in each bank. . The numbers in parentheses correspond to the subscripts of the banks BK1 and BK2.

次の2サイクル目では、1サイクル目に引き続いてサーチ・コマンドS2が入力され、サーチ・イネーブル信号SCEが活性状態に保持される。また、データ・クロックDCLKの立ち下がりエッジに同期して、検索キーD2が符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。また、CAM制御回路CAMCTL1が、サーチ・イネーブル信号SCEに応じて短いパルス信号を再びバンク制御クロックBCLK1,BCLK2にそれぞれ発生することにより、検索キーD2がバンクBK1,BK2にそれぞれ入力される。すなわち、2回目の検索動作が行われる。   In the next second cycle, the search command S2 is input subsequently to the first cycle, and the search enable signal SCE is held in the active state. Further, in synchronization with the falling edge of the data clock DCLK, the search key D2 is input to the encoded information bus ENCBS via the encoding circuit group ENCBK. Further, the CAM control circuit CAMCTL1 generates short pulse signals again in the bank control clocks BCLK1 and BCLK2 in response to the search enable signal SCE, whereby the search key D2 is input to the banks BK1 and BK2, respectively. That is, a second search operation is performed.

同図では、バンクBK1,BK2がサイクル時間tARYで検索動作を行い、この結果に応じたマッチ・アドレスA1、A2が、検索キーD1、D2の入力から数えて4サイクル後に出力されるものと仮定している。したがって、5サイクル目に、CAM制御回路CAMCTL1においてマスタ・クロックMCKLを分周したアドレス・クロックACLKが発生し、その立ち上がりエッジに同期してマッチ・アドレスA1がRAM制御回路RAMCTLから出力される。更に、6サイクル目では、このアドレス・クロックACLKの立ち下がりエッジに同期してマッチ・アドレスA2が、RAM制御回路RAMCTLから出力される。以上の動作により、大規模なテーブル検索を一つのCAMで実現することができる。   In the figure, it is assumed that the banks BK1 and BK2 perform a search operation at the cycle time tARY, and match addresses A1 and A2 corresponding to the results are output after 4 cycles from the input of the search keys D1 and D2. is doing. Therefore, in the fifth cycle, the address clock ACLK obtained by dividing the master clock MCKL is generated in the CAM control circuit CAMCTL1, and the match address A1 is output from the RAM control circuit RAMCTL in synchronization with the rising edge. Further, in the sixth cycle, the match address A2 is output from the RAM control circuit RAMCTL in synchronization with the falling edge of the address clock ACLK. With the above operation, a large-scale table search can be realized with one CAM.

つぎに、図1のCAMを用いたインターリーブ・モードの検索動作について説明する。   Next, the search operation in the interleave mode using the CAM of FIG. 1 will be described.

図7は、図1のCAMにおいて、四つの検索キーD1,D2,D3,D4をインターリーブ・モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。本動作の特徴は、バンクBK1,BK2に同じ検索テーブルを登録し、異なる検索キーを交互に入力して検索動作を行う点にある。   FIG. 7 is a waveform diagram showing an example of the operation when the four search keys D1, D2, D3, and D4 are searched in the interleave mode in the CAM of FIG. The feature of this operation is that the same search table is registered in the banks BK1 and BK2, and the search operation is performed by alternately inputting different search keys.

まず、1サイクル目に、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEを立ち上げて検索動作をインターリーブ・モードに設定する。同時に、マスタ・クロックMCLKに同期してサーチ・コマンドS1がコマンド信号群CMDを介して入力され、サーチ・イネーブル信号SCEが活性化される。これらの信号に応じて、CAM制御回路CAMCTL1は、マスタ・クロックMCKLを分周したデータ・クロックDCLKを発生する。この立ち上がりエッジ同期して、検索キーD1がデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。   First, in the first cycle, the multi-bank enable signal MBKE is raised to set the search operation to the interleave mode. At the same time, the search command S1 is input via the command signal group CMD in synchronization with the master clock MCLK, and the search enable signal SCE is activated. In response to these signals, the CAM control circuit CAMCTL1 generates a data clock DCLK obtained by dividing the master clock MCKL. In synchronization with this rising edge, the search key D1 is input to the encoded information bus ENCBS via the data input / output circuit DIO and the encoding circuit group ENCBK.

CAM制御回路CAMCTL1は、さらに、バンク制御クロックBCLK1を発生する。このバンク制御クロックとサーチ・イネーブル信号SCEに応じて、バンクBK1のメモリ制御回路MCはサーチ・イネーブル信号SCET(1),SCEB(1)をそれぞれ活性化させることにより、検索キーD1がメモリアレイに入力される。すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(1)が検索キーD1の対応するビットに応じた電圧に駆動されて、バンクBK1で検索動作が行われる。   The CAM control circuit CAMCTL1 further generates a bank control clock BCLK1. In response to the bank control clock and the search enable signal SCE, the memory control circuit MC of the bank BK1 activates the search enable signals SCET (1) and SCEB (1), respectively, so that the search key D1 is stored in the memory array. Entered. That is, the search line drive circuit SCKT shown in FIG. 5 drives the search line SL00 (1) to a voltage corresponding to the corresponding bit of the search key D1, and the search operation is performed in the bank BK1.

次に、マスタ・クロックMCLKの立ち下がりエッジに同期してサーチ・コマンドS2が入力され、データ・クロックDCLKの立ち下がりエッジに同期して、検索キーD2がデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。また、CAM制御回路CAMCTL1においてサーチ・イネーブル信号SCEに応じたパルス信号がバンク制御クロックBCLK2に発生され、バンクBK2内のメモリ制御回路MCにおいてサーチ・イネーブル信号SCEに応じてサーチ・イネーブル信号SCET(2),SCEB(2)がそれぞれ活性化されることにより、検索キーD2がバンクBK2に入力される。すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(2)が検索キーD2の対応するビットに応じた電圧に駆動されて、バンクBK2で検索動作が行われる。   Next, a search command S2 is input in synchronization with the falling edge of the master clock MCLK, and the search key D2 is input to the data input / output circuit DIO and the encoding circuit group in synchronization with the falling edge of the data clock DCLK. The signal is input to the encoded information bus ENCBS via ENCBK. Further, a pulse signal corresponding to the search enable signal SCE is generated in the bank control clock BCLK2 in the CAM control circuit CAMCTL1, and the search enable signal SCET (2 in response to the search enable signal SCE in the memory control circuit MC in the bank BK2. ) And SCEB (2) are activated, whereby the search key D2 is input to the bank BK2. That is, the search line SL00 (2) is driven to a voltage corresponding to the bit corresponding to the search key D2 by the search line driving circuit SCKT shown in FIG. 5, and the search operation is performed in the bank BK2.

続く2サイクル目には、1サイクル目と同様に検索キーD3,D4が、バンクBK1,BK2へ交互に入力されて、検索動作が行われる。同図では、図6と同様に、検索キーの入力から数えて4サイクル後にマッチ・アドレスが出力されると仮定している。したがって、5サイクル目以降にCAM制御回路CAMCTL1によってマスタ・クロックMCLKと同じ周期で発生されたアドレス・クロックACLKの立ち上がりと立ち下がりエッジに同期して、マッチ・アドレスA1,A2,A3,A4がそれぞれRAM制御回路RAMCTLから出力される。   In the subsequent second cycle, as in the first cycle, the search keys D3 and D4 are alternately input to the banks BK1 and BK2, and a search operation is performed. In FIG. 6, as in FIG. 6, it is assumed that the match address is output after 4 cycles from the input of the search key. Therefore, the match addresses A1, A2, A3 and A4 are respectively synchronized with the rising and falling edges of the address clock ACLK generated by the CAM control circuit CAMCTL1 in the same cycle as the master clock MCLK after the fifth cycle. Output from the RAM control circuit RAMCTL.

以上の動作により、検索動作サイクル時間がtARYのバンクBK1,BK2を用いて、図6の動作の倍の速さで検索キーを受信して検索処理を行うCAMを実現することができる。ただし、本動作を実現するためには、二つのバンクに同一の検索テーブルを登録するので、メモリ容量が半減してしまう。しかし、前述した非特許文献1に示されているように、エントリを圧縮して記憶することができるOne−hot−spotブロック符号化方式と高集積化に優れた汎用DRAMセル・ベースのメモリセルとの組合せによるCAMは、メモリ容量が従来のターナリCAMよりも倍増されるので、メモリ不足を招く恐れが小さい。   With the above operation, it is possible to realize a CAM that uses the banks BK1 and BK2 whose search operation cycle time is tARY to receive a search key and perform a search process at twice the speed of the operation of FIG. However, in order to realize this operation, the same search table is registered in two banks, so the memory capacity is halved. However, as shown in the above-mentioned Non-Patent Document 1, a general-purpose DRAM cell-based memory cell excellent in one-hot-spot block coding method and high integration capable of compressing and storing entries In the CAM in combination with the CAM, the memory capacity is doubled as compared with the conventional ternary CAM, so that there is little possibility of causing a memory shortage.

また、インターリーブ・モードによる検索動作では、同時に二つのバンクが活性化されるために消費電力が増加する問題がある。しかし、One−hot−spotブロック符号化方式を用いることによって、エントリを圧縮して記憶することができるので、1バンク内で活性化されるメモリ領域を従来のターナリCAMよりも狭くすることができ、消費電力を抑えることが可能である。したがって、本発明は、特にOne−hot−spotブロック符号化方式によるメモリアレイを用いたCAMに適用した場合に好適となり、これによって、大容量化と低電力化の観点で、複数バンクのインターリーブ動作によりネットワークの回線速度向上のトレンドに応じた高速CAMを実現することが可能となる。   In the search operation in the interleave mode, there is a problem that power consumption increases because two banks are activated simultaneously. However, since the entries can be compressed and stored by using the one-hot-spot block coding method, the memory area activated in one bank can be made narrower than the conventional ternary CAM. It is possible to reduce power consumption. Therefore, the present invention is particularly suitable when applied to a CAM using a memory array based on the one-hot-spot block coding method, and thereby, interleaved operation of a plurality of banks from the viewpoint of large capacity and low power consumption. As a result, it is possible to realize a high-speed CAM corresponding to the trend of improving the line speed of the network.

なお、以上では検索動作について説明してきたが、読み出し動作や書き込み動作においても、リード・コマンドやライト・コマンドをコマンド信号群CMDから入力することによりリード・イネーブル信号RDEやライト・イネーブル信号WTEを発生し、さらにCAM制御回路CAMCTL1からバンク制御クロックBCLK1,BCLK2を発生してバンクBK1,BK2を活性化することは、容易に理解することができる。また、インターリーブ・モードによって、一方のバンクで検索動作を行いながら、他方のバンクにおいてリフレッシュ動作を行うことができることも、容易に理解することができる。この場合、リフレッシュ動作による検索速度低下のペナルティを緩和することも可能となる。   Although the search operation has been described above, the read enable signal RDE and the write enable signal WTE are generated by inputting the read command and the write command from the command signal group CMD in the read operation and the write operation. Further, it can be easily understood that the bank control clocks BCLK1 and BCLK2 are generated from the CAM control circuit CAMCTL1 to activate the banks BK1 and BK2. In addition, it can be easily understood that the refresh operation can be performed in the other bank while the search operation is performed in one bank in the interleave mode. In this case, it is possible to alleviate the penalty of a decrease in search speed due to the refresh operation.

以上、本実施の形態1のCAMを用いることによる代表的な効果を纏めると次のようになる。   As described above, typical effects obtained by using the CAM of the first embodiment are summarized as follows.

まず、図1、図4、図5のCAMの構成による第一の効果は、同一バンク内で所謂開放型ビット線構成のセンス方式とすることにより、エントリを正しく読み書き及び再書き込み(リフレッシュ)することが可能になる点にある。第二の効果は、ビット線とサーチ線が読み書き検索回路を介して共通の符号化データ線に接続されることにより、符号化情報バスの配線本数を削減することができ、チップ面積を抑制することが可能になる点にある。   First, the first effect of the configuration of the CAM of FIGS. 1, 4, and 5 is that the entry is correctly read / written and rewritten (refreshed) by using a so-called open bit line configuration sensing method in the same bank. The point is that it becomes possible. The second effect is that the bit line and the search line are connected to the common encoded data line via the read / write search circuit, so that the number of encoded information bus lines can be reduced and the chip area is suppressed. The point is that it becomes possible.

第三の効果は、図6および図7の動作のように、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEと二つのバンクを用いて、用途に応じて検索動作モードを切り替えることができる点にある。すなわち、基本モードでは、二つのバンクを跨いで大規模な検索テーブルを登録することにより、大容量CAMを実現することができる。一方、インターリーブ・モードでは、二つのバンクに同一のエントリを登録し、異なる検索キーを交互に入力するすることにより、バンクの検索動作サイクル時間よりも短いサイクル時間で検索キーを受信、検索処理する高速なCAMを実現することが可能となる。また、一方のバンクで検索動作を行いながら、他方のバンクでリフレッシュ動作を行うことが可能となる。   The third effect is that the search operation mode can be switched according to the application by using the multi-bank enable signal MBKE and two banks as in the operations of FIGS. That is, in the basic mode, a large-capacity CAM can be realized by registering a large-scale search table across two banks. On the other hand, in the interleave mode, the same entry is registered in two banks, and different search keys are alternately input, so that the search key is received and searched in a cycle time shorter than the bank search operation cycle time. A high-speed CAM can be realized. In addition, while performing a search operation in one bank, it is possible to perform a refresh operation in the other bank.

なお、バンク数は二つに限らず、さらに多くのバンクをそれぞれ異なる位相のクロックに同期させて各種動作を行うことも可能であることは、容易に理解できる。この場合、さらに高い周波数で検索キーを受信して、検索処理を行う高速CAMを実現することが可能となる。   Note that the number of banks is not limited to two, and it can be easily understood that various operations can be performed by synchronizing more banks with clocks of different phases. In this case, it is possible to realize a high-speed CAM that receives a search key at a higher frequency and performs a search process.

(実施の形態2)
本実施の形態2では、実施の形態1で説明したCAMの別な構成例および動作例について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, another configuration example and an operation example of the CAM described in the first embodiment will be described.

図8は、本発明の実施の形態2の半導体装置において、それに含まれるCAMの要部ブロックの基本構成例を示すブロック図である。この構成の特徴は、バンク化されたメモリアレイが階層構造になっており、複数のバンクからなるメイン・バンクを二つ有するメモリアレイ構成を用いて、データ・バスDQのバス幅よりも広い検索キーの検索動作を行う点にある。以下では、図8の構成について、図1に示した構成と異なる点に注目して説明を行う。   FIG. 8 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a main part block of a CAM included in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The feature of this configuration is that the banked memory array has a hierarchical structure, and a memory array configuration having two main banks composed of a plurality of banks is used to search wider than the bus width of the data bus DQ. The key search operation is performed. In the following, the configuration of FIG. 8 will be described with a focus on differences from the configuration shown in FIG.

CAM制御回路CAMCTL8は、本発明によるCAMに接続されたコントローラ(または、ネットワーク・プロセッサや検索エンジンなどと呼ばれる制御回路)が発生するマスタ・クロックMCLKとマルチ・バンク・イネーブル信号MBKEとを受信すると共に、リード・イネーブル信号RDE、ライト・イネーブル信号WTE、サーチ・イネーブル信号SCEに応じて、バンク制御クロックBCLKA1,BCLKB1,BCLKA2,BCLKB2、データ・クロックDCLK、コンテント・アドレス・クロックACLKを発生する。また、グローバルIO制御クロックGCLKWS,GCLKR、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENを発生する。   The CAM control circuit CAMCTL8 receives a master clock MCLK and a multi-bank enable signal MBKE generated by a controller (or a control circuit called a network processor or a search engine) connected to the CAM according to the present invention. In response to the read enable signal RDE, the write enable signal WTE, and the search enable signal SCE, the bank control clocks BCLKA1, BCLKB1, BCLKA2, BCLKB2, the data clock DCLK, and the content address clock ACLK are generated. Also, global IO control clocks GCLKWS and GCLKR and a multi-bank enable signal GMBKEN are generated.

デマルチプレクサWSDMUXは、符号化回路群ENCBKで符号化されたエントリおよび検索キーを符号化情報バスENCBSを介して受信して、グローバルIO制御クロックGCLKWSおよびマルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENに応じて二つのグローバルIO(GIOA、GIOB)に適宜分配し、後述のメイン・バンクに転送する。反対に、マルチプレクサRMUXは、メイン・バンクから読み出したエントリを、グローバルIO制御クロックGCLKRおよびマルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENに応じて二つのグローバルIO(GIOA、GIOB)から適宜受信し、符号化情報バスENCBSを介して復号回路群DECBKに出力する。   The demultiplexer WSDMUX receives the entry and search key encoded by the encoding circuit group ENCBK via the encoded information bus ENCBS, and receives two signals according to the global IO control clock GCLKWS and the multi-bank enable signal GMBKEN. It is distributed appropriately to the global IO (GIOA, GIOB) and transferred to the main bank described later. On the other hand, the multiplexer RMUX appropriately receives the entry read from the main bank from the two global IOs (GIOA, GIOB) according to the global IO control clock GCLKR and the multi-bank enable signal GMBKEN, and encodes the information bus. The data is output to the decoding circuit group DECBK via ENCBS.

メイン・バンクMBK1,MBK2のそれぞれは、バンクBKA,BKBとメイン・プライオリティ・エンコーダMPEとで構成される。バンクBKA,BKBは、図1に示したバンクBK1、BK2とそれぞれ同じ構成である。メイン・バンクMBK1内のバンクBKAは、バンク制御信号BCLKA1に同期して、グローバルIO(GIOA)との間で情報の授受を行う。メイン・バンクMBK1内のバンクBKBは、バンク制御信号BCLKB1に同期して、グローバルIO(GIOB)との間で情報の授受を行う。メイン・バンクMBK2内のバンクBKAは、バンク制御信号BCLKA2に同期して、グローバルIO(GIOA)との間で情報の授受を行う。メイン・バンクMBK2内のバンクBKBは、バンク制御信号BCLKB2に同期して、グローバルIO(GIOB)との間で情報の授受を行う。   Each of the main banks MBK1 and MBK2 includes banks BKA and BKB and a main priority encoder MPE. The banks BKA and BKB have the same configuration as the banks BK1 and BK2 shown in FIG. The bank BKA in the main bank MBK1 exchanges information with the global IO (GIOA) in synchronization with the bank control signal BCLKA1. The bank BKB in the main bank MBK1 exchanges information with the global IO (GIOB) in synchronization with the bank control signal BCLKB1. The bank BKA in the main bank MBK2 exchanges information with the global IO (GIOA) in synchronization with the bank control signal BCLKA2. The bank BKB in the main bank MBK2 exchanges information with the global IO (GIOB) in synchronization with the bank control signal BCLKB2.

そして、これらのバンクで構成されるメイン・バンクMBK1,MBK2は、リード・イネーブル信号RDE、ライト・イネーブル信号WTE、サーチ・イネーブル信号SCEに応じた動作を行う。メイン・プライオリティ・エンコーダMPEは、サブ・マッチ・アドレス・バスSMABSA,SMABSBを介して受信したバンクBKA,BKB内のプライオリティ・エンコーダPEの出力に応じたマッチ・アドレスをマッチ・アドレス・バスMABSに発生する。   The main banks MBK1 and MBK2 configured by these banks perform operations in accordance with the read enable signal RDE, the write enable signal WTE, and the search enable signal SCE. The main priority encoder MPE generates a match address on the match address bus MABS according to the output of the priority encoder PE in the banks BKA and BKB received via the sub match address buses SMABSA and SMABSB. To do.

つぎに、図8のCAMを用いた基本モードの検索動作について説明する。   Next, the basic mode search operation using the CAM of FIG. 8 will be described.

図9は、図8のCAMにおいて、データ・バスDQのバス幅よりも広い2kビット幅の二つの検索キーを基本モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。   FIG. 9 is a waveform diagram showing an example of operation in the case where two search keys having a width of 2 k bits wider than the bus width of the data bus DQ are searched in the basic mode in the CAM of FIG.

まず、1サイクル目に、マスタ・クロックMCLKに同期してサーチ・コマンドS1Aがコマンド信号群CMDを介して入力され、サーチ・イネーブル信号SCEが活性化される。同時に、マスタ・クロックMCLKと同じ周期のデータ・クロックDCLKの立ち上がりエッジに同期して、第一の検索キーの前半ビットD1Aがデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。   First, in the first cycle, the search command S1A is input via the command signal group CMD in synchronization with the master clock MCLK, and the search enable signal SCE is activated. At the same time, in synchronization with the rising edge of the data clock DCLK having the same cycle as the master clock MCLK, the first half bit D1A of the first search key is encoded via the data input / output circuit DIO and the encoding circuit group ENCBK. Input to ENCBS.

また、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENが非活性状態で、マスタ・クロックMCLKと同じ周期のグローバルIO制御クロックGCLKWSが立ち上がることにより、検索キーがデマルチプレクサWSDMUXからグローバルIO(GIOA)に転送される。さらに、CAM制御回路CAMCTL8において、サーチ・イネーブル信号SCEに応じたパルス信号がバンク制御クロックBCLKA1,BCLKA2にそれぞれ発生され、メイン・バンクMBK1,MBK2内のバンクBKAにおけるメモリ制御回路MCにおいて、サーチ・イネーブル信号SCEに応じてサーチ・イネーブル信号SCET(A1)、SCET(A2)がそれぞれ活性化されることにより(簡単のため、サーチ・イネーブル信号SCEB(A1)、SCEB(A2)は省略)、検索キーがメイン・バンクMBK1およびMBK2内のバンクBKAにそれぞれ入力される。   In addition, when the multi-bank enable signal GMBKEN is inactive and the global IO control clock GCLKWS having the same cycle as the master clock MCLK rises, the search key is transferred from the demultiplexer WSDMUX to the global IO (GIOA). Further, in the CAM control circuit CAMCTL8, pulse signals corresponding to the search enable signal SCE are generated in the bank control clocks BCLKA1 and BCLKA2, respectively, and in the memory control circuit MC in the bank BKA in the main banks MBK1 and MBK2, the search enable signal is generated. A search key is activated when search enable signals SCET (A1) and SCET (A2) are activated in response to signal SCE (for simplicity, search enable signals SCEB (A1) and SCEB (A2) are omitted). Are input to the banks BKA in the main banks MBK1 and MBK2, respectively.

すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(A1),SL00(A2)が検索キーの対応するビットに応じた電圧にそれぞれ駆動されて、メイン・バンクMBK1,MBK2内のバンクBKAで検索動作がそれぞれ同時に行われる。なお、括弧内の英数字はメイン・バンクおよびバンクの添え字に対応するものであり、バンクの位置を示す。例えば、SCET(A1)は、メイン・バンクMBK1内のバンクBKAにおけるサーチ・イネーブル信号を意味する。   That is, the search lines SL00 (A1) and SL00 (A2) are driven by the search line driving circuit SCKT shown in FIG. 5 to voltages corresponding to the corresponding bits of the search keys, respectively, and are stored in the main banks MBK1 and MBK2. Search operations are simultaneously performed in the bank BKA. The alphanumeric characters in parentheses correspond to the main bank and bank subscripts, and indicate the position of the bank. For example, SCET (A1) means a search enable signal in the bank BKA in the main bank MBK1.

次に、マスタ・クロックMCLKの立ち下がりエッジに同期してサーチ・コマンドS1Bが入力され、データ・クロックDCLKの立ち下がりエッジに同期して、第一の検索キーの後半ビットD1Bがデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力される。また、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENが非活性状態で、マスタ・クロックMCLKと同じ周期のグローバルIO制御クロックGCLKWSが立ち下がることにより、検索キーがデマルチプレクサWSDMUXからグローバルIO(GIOB)に転送される。   Next, the search command S1B is input in synchronization with the falling edge of the master clock MCLK, and the latter half bit D1B of the first search key is set in the data input / output circuit in synchronization with the falling edge of the data clock DCLK. The signal is input to the encoded information bus ENCBS via the DIO and the encoding circuit group ENCBK. Further, when the multi-bank enable signal GMBKEN is inactive and the global IO control clock GCLKWS having the same cycle as the master clock MCLK falls, the search key is transferred from the demultiplexer WSDMUX to the global IO (GIOB). .

さらに、CAM制御回路CAMCTL8において、サーチ・イネーブル信号SCEに応じたパルス信号がバンク制御クロックBCLKB1,BCLKB2にそれぞれ発生され、さらにメイン・バンクMBK1,MBK2内のバンクBKBにおけるメモリ制御回路MCにおいてサーチ・イネーブル信号SCEに応じたサーチ・イネーブル信号SCET(B1)、SCET(B2)がそれぞれ活性化されることにより(簡単のため、サーチ・イネーブル信号SCEB(B1)、SCEB(B2)は省略)、検索キーがメイン・バンクMBK1,MBK2内のバンクBKBにそれぞれ入力される。   Further, in the CAM control circuit CAMCTL8, pulse signals corresponding to the search enable signal SCE are generated in the bank control clocks BCLKB1 and BCLKB2, respectively, and in the search and enable in the memory control circuit MC in the bank BKB in the main banks MBK1 and MBK2. A search key is activated when search enable signals SCET (B1) and SCET (B2) corresponding to signal SCE are activated (for simplicity, search enable signals SCEB (B1) and SCEB (B2) are omitted). Are input to the banks BKB in the main banks MBK1 and MBK2, respectively.

すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(B1)、SL00(B2)が検索キーの対応するビットに応じた電圧にそれぞれ駆動されて、メイン・バンクMBK1,MBK2内のバンクBKBで検索動作がそれぞれ行われる。   That is, the search lines SL00 (B1) and SL00 (B2) are driven by the search line driving circuit SCKT shown in FIG. 5 to voltages corresponding to the corresponding bits of the search keys, respectively, and are stored in the main banks MBK1 and MBK2. Search operations are performed in the banks BKB.

続く2サイクル目には、1サイクル目と同様に第二の検索キーが、前半ビットD2Aと後半ビットD2Bとに分割して入力され、メイン・バンクMBK1,MBK2において検索動作がそれぞれ行われる。同図では、図6と同様に、検索キーの入力から数えて4サイクル後にマッチ・アドレスが出力されると仮定しており、5サイクル目以降にマスタ・クロックMCLKを倍周したアドレス・クロックACLKの立ち上がりと立ち下がりエッジに同期してマッチ・アドレスA1,A2が、それぞれRAM制御回路RAMCTLから出力される。以上の構成と動作により、ビット幅の広い検索キーの検索動作を、図6に示した動作と同じ6サイクルで行うことができる。   In the subsequent second cycle, as in the first cycle, the second search key is divided and input into the first half bit D2A and the second half bit D2B, and the search operation is performed in the main banks MBK1 and MBK2, respectively. In this figure, as in FIG. 6, it is assumed that the match address is output after 4 cycles from the input of the search key, and the address clock ACLK obtained by multiplying the master clock MCLK after the 5th cycle. Match addresses A1 and A2 are output from the RAM control circuit RAMCTL in synchronization with the rising and falling edges of the RAM. With the above configuration and operation, a search operation for a search key having a wide bit width can be performed in the same six cycles as the operation shown in FIG.

つぎに、図8のCAMを用いたインターリーブ・モードの検索動作について説明する。   Next, an interleave mode search operation using the CAM of FIG. 8 will be described.

図10は、図8のCAMにおいて、2kビット幅の四つの検索キーをインターリーブ・モードで検索する場合の動作の一例を示す波形図である。本動作の特徴は、マスタ・クロックMCLKのサイクル時間を、メモリアレイの検索動作サイクル時間tARYよりも短く(ここではtARY/2)に設定して、高速に検索キーを受信して検索処理を行うことにある。   FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of operation when searching for four search keys having a width of 2 k bits in the interleave mode in the CAM of FIG. The feature of this operation is that the cycle time of the master clock MCLK is set to be shorter than the search operation cycle time tARY of the memory array (here, tARY / 2), and the search key is received at high speed to perform the search process. There is.

まず、1サイクル目に、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEを活性化して、検索動作をインターリーブ・モードに設定し、CAM制御回路CAMCTL8を用いてマスタ・クロックMCLKと同じ周期のパルス信号をデータ・クロックDCLKとグローバルIO制御クロックGCLKWSにそれぞれ発生する。また、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEに応じて、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENが立ち上がる。   First, in the first cycle, the multi-bank enable signal MBKE is activated, the search operation is set to the interleave mode, and a pulse signal having the same cycle as the master clock MCLK is used as the data clock by using the CAM control circuit CAMCTL8. DCLK and global IO control clock GCLKWS are generated. Further, the multi bank enable signal GMBKEN rises in response to the multi bank enable signal MBKE.

さらに、マスタ・クロックMCLKに同期してサーチ・コマンドS1Aがコマンド信号群CMDを介して入力され、サーチ・イネーブル信号SCEが活性化される。同時に、データ・クロックDCLKの立ち上がりエッジに同期して、第一の検索キーの前半ビットD1Aがデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力され、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENが活性状態で、グローバルIO制御クロックGCLKWSが立ち上がることにより、検索キーが符号化回路群ENCBKからデマルチプレクサWSDMUXを介してグローバルIO(GIOA)に転送される。   Further, the search command S1A is input via the command signal group CMD in synchronization with the master clock MCLK, and the search enable signal SCE is activated. At the same time, in synchronization with the rising edge of the data clock DCLK, the first half bit D1A of the first search key is input to the encoded information bus ENCBS via the data input / output circuit DIO and the encoding circuit group ENCBK, and the multi-bank When the enable signal GMBKEN is active and the global IO control clock GCLKWS rises, the search key is transferred from the encoding circuit group ENCBK to the global IO (GIOA) via the demultiplexer WSDMUX.

さらに、CAM制御回路CAMCTL8において、サーチ・イネーブル信号SCEとマルチ・バンク・イネーブル信号MBKEに応じたパルス信号がバンク制御クロックBCLKA1に発生され、メイン・バンクMBK1内のバンクBKAにおけるメモリ制御回路MCにおいてサーチ・イネーブル信号SCEに応じてサーチ・イネーブル信号SCET(A1)が活性化されることにより(簡単のため、サーチ・イネーブル信号SCEB(A1)は省略)、検索キーがメイン・バンクMBK1内のバンクBKAに入力される。すなわち、図5に示したサーチ線駆動回路SCKTにより、サーチ線SL00(A1)が検索キーの対応するビットに応じた電圧に駆動されて、メイン・バンクMBK1内のバンクBKAで検索動作が行われる。   Further, in the CAM control circuit CAMCTL8, a pulse signal corresponding to the search enable signal SCE and the multi-bank enable signal MBKE is generated in the bank control clock BCLKA1, and the search is performed in the memory control circuit MC in the bank BKA in the main bank MBK1. When the search enable signal SCET (A1) is activated in response to the enable signal SCE (for the sake of simplicity, the search enable signal SCEB (A1) is omitted), the search key is the bank BKA in the main bank MBK1. Is input. That is, search line SL00 (A1) is driven to a voltage corresponding to the corresponding bit of the search key by search line drive circuit SCKT shown in FIG. 5, and a search operation is performed in bank BKA in main bank MBK1. .

次に、マスタ・クロックMCLKの立ち下がりエッジに同期してサーチ・コマンドS1Bが入力され、データ・クロックDCLKの立ち下がりエッジに同期して、第一の検索キーの後半ビットD1Bがデータ入出力回路DIOおよび符号化回路群ENCBKを介して符号化情報バスENCBSに入力され、マルチ・バンク・イネーブル信号GMBKENが活性状態で、マスタ・クロックMCLKと同じ周期のグローバルIO制御クロックGCLKWSが立ち下がることにより、検索キーがデマルチプレクサWSDMUXからグローバルIO(GIOB)に転送される。   Next, the search command S1B is input in synchronization with the falling edge of the master clock MCLK, and the latter half bit D1B of the first search key is set in the data input / output circuit in synchronization with the falling edge of the data clock DCLK. When the global IO control clock GCLKWS having the same cycle as the master clock MCLK falls while being input to the encoded information bus ENCBS via the DIO and the encoding circuit group ENCBK and the multi-bank enable signal GMBKEN is active, The search key is transferred from the demultiplexer WSDMUX to the global IO (GIOB).

さらに、CAM制御回路CAMCTL8において、サーチ・イネーブル信号SCEに応じたパルス信号がバンク制御クロックBCLKB1に発生され、さらにメイン・バンクMBK1内のバンクBKBにおけるメモリ制御回路MCにおいて、サーチ・イネーブル信号SCEに応じてサーチ・イネーブル信号SCET(B1)が活性化されることにより(簡単のため、サーチ・イネーブル信号SCEB(B1)は省略)、検索キーがメイン・バンクMBK1内のバンクBKBに入力される。すなわち、サーチ線SL00(B1)が検索キーの対応するビットに応じた電圧に駆動されて、メイン・バンクMBK1内のバンクBKBで検索動作が行われる。   Further, in the CAM control circuit CAMCTL8, a pulse signal corresponding to the search enable signal SCE is generated in the bank control clock BCLKB1, and further in the memory control circuit MC in the bank BKB in the main bank MBK1, in response to the search enable signal SCE. When the search enable signal SCET (B1) is activated (for the sake of simplicity, the search enable signal SCEB (B1) is omitted), a search key is input to the bank BKB in the main bank MBK1. That is, the search line SL00 (B1) is driven to a voltage corresponding to the corresponding bit of the search key, and the search operation is performed in the bank BKB in the main bank MBK1.

続く2サイクル目には、1サイクル目と同様に第二の検索キーが前半ビットD2Aと後半ビットD2Bとに分割して入力され、バンク制御クロックBCLKA2,BCLKB2が順次立ち上がるのに応じて、メイン・バンクMBK2内のバンクBKA,BKBにおいて検索動作が行われる。   In the subsequent second cycle, as in the first cycle, the second search key is divided and input into the first half bit D2A and the second half bit D2B. As the bank control clocks BCLKA2 and BCLKB2 sequentially rise, A search operation is performed in the banks BKA and BKB in the bank MBK2.

以上の動作を3サイクル目から4サイクル目にかけて行うことにより、第三、第四の検索キーがメイン・バンクMBK1、MBK2でそれぞれ検索される。同図では、検索キーの入力からマッチ・アドレスが出力されるまでの時間を図6と同様と仮定している。前述したように、マスタ・クロックMCLKの周波数がバンクの検索動作周波数の倍になっているので、図6に示した動作時間に同等の8サイクル後に、CAM制御回路CAMCTL8においてマスタ・クロックMCLKを分周して発生したアドレス・クロックACLKの各エッジに同期してマッチ・アドレスA1,A2,A3,A4が、それぞれRAM制御回路RAMCTLから出力される。   By performing the above operation from the third cycle to the fourth cycle, the third and fourth search keys are searched in the main banks MBK1 and MBK2, respectively. In the figure, it is assumed that the time from the input of the search key to the output of the match address is the same as in FIG. As described above, since the frequency of the master clock MCLK is double the bank search operation frequency, the CAM control circuit CAMCTL8 divides the master clock MCLK after 8 cycles equivalent to the operation time shown in FIG. Match addresses A1, A2, A3, and A4 are output from the RAM control circuit RAMCTL in synchronization with each edge of the address clock ACLK generated by the rotation.

以上の構成と動作により、メモリアレイの検索動作サイクル時間tARYよりも短いサイクル時間でビット幅の広い検索キーを受信して検索動作を行うことができる。また、グローバルIOがチップの広範囲にわたって配線されるために負荷容量が増加し、グローバルIOの動作サイクル時間短縮が困難になった場合においても、二つのグローバルIOを交互に使うことにより、検索キーおよびエントリを高速にバンクへ転送して検索動作を行うことができる。   With the above configuration and operation, it is possible to perform a search operation by receiving a search key having a wide bit width in a cycle time shorter than the search operation cycle time tARY of the memory array. Further, even when the global IO is wired over a wide area of the chip, the load capacity increases, and it becomes difficult to shorten the operation cycle time of the global IO. The search operation can be performed by transferring the entry to the bank at high speed.

なお、バンク数は二つに限らず、さらに多くのバンクをそれぞれ異なる位相のクロックに同期させて各種動作を行うことも可能であることは、実施の形態1と同様に、容易に理解できる。この場合、さらに高い周波数で検索キーを受信して、検索処理を行う高速CAMを実現することが可能となる。また、図8では、二つのグローバルIOを用いて符号化された情報をチップ内に分配する構成を示した。しかし、グローバルIOの数はこの限りではない。グローバルIOの動作サイクル時間が、検索キーの受信動作に要するサイクル時間よりも短いのであれば、一つのグローバルIOとすることもでき、チップ面積を抑制することが可能となる。   The number of banks is not limited to two, and it can be easily understood that various operations can be performed by synchronizing more banks with clocks of different phases, as in the first embodiment. In this case, it is possible to realize a high-speed CAM that receives a search key at a higher frequency and performs a search process. FIG. 8 shows a configuration in which information encoded using two global IOs is distributed in the chip. However, the number of global IOs is not limited to this. If the operation cycle time of the global IO is shorter than the cycle time required for the search key receiving operation, one global IO can be used, and the chip area can be suppressed.

(実施の形態3)
本実施の形態3では、実施の形態1および実施の形態2で説明したCAMに用いられるサブアレイの別な構成と動作の例について説明する。図11は、本発明による実施の形態3の半導体装置において、それに含まれるCAMの図2とは異なるメモリアレイ構成例を示す回路ブロック図である。以下、図2のメモリアレイ構成との違いに注目して説明を行う。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, another example of the configuration and operation of the subarray used in the CAM described in the first and second embodiments will be described. FIG. 11 is a circuit block diagram showing a memory array configuration example different from FIG. 2 of the CAM included in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the description will be made by paying attention to the difference from the memory array configuration of FIG.

図11に示すメモリアレイ構成の特徴は、図2および図3に示した通常のメモリブロックに加え、更にそれと同じ構成のダミー・メモリブロックMBD0,MBD1,…をダミー・ワード線WLD上に配置して、センスアンプ起動タイミングを発生する点にある。ダミー・メモリブロックMBD0,MBD1,…内のダミー・サブマッチ線SMLD0,SMLD1,…とダミー・メインマッチ線MMLDとの間には、対応するダミー・サブマッチ判定回路SMDD0,SMDD1,…がそれぞれ挿入される。   The memory array configuration shown in FIG. 11 is characterized in that dummy memory blocks MBD0, MBD1,... Having the same configuration are arranged on the dummy word line WLD in addition to the normal memory blocks shown in FIGS. Thus, the sense amplifier activation timing is generated. In the dummy memory blocks MBD0, MBD1,..., Dummy dummy match signals SMLD0, SMLD1,... And dummy main match lines MMLD are inserted with corresponding dummy submatch determination circuits SMDD0, SMDD1,. .

また、ダミー・メモリブロックMBD0,MBD1,…内のメモリセルDMC0,DMC1,DMC2,DMC3の各々は、ダミー・ワード線WLDに接続され、各メモリセル内のトランジスタT312,T313のゲート電極が接地電圧VSSに固定される。ダミー・メインマッチ判定回路MMDDは、ダミー・メインマッチ線MMLDの電圧変化に応じたパルス信号をセンスアンプ・イネーブル信号SAEB,SAETに発生する。そして、正規のメモリブロックMB00,MB01,…に対応するメインマッチ判定回路群MMDB11は、上記のセンスアンプ・イネーブル信号SAEB,SAETによって制御される。   Further, each of the memory cells DMC0, DMC1, DMC2, and DMC3 in the dummy memory blocks MBD0, MBD1,... Is connected to the dummy word line WLD, and the gate electrodes of the transistors T312 and T313 in each memory cell are connected to the ground voltage. Fixed to VSS. The dummy main match determination circuit MMDD generates a pulse signal corresponding to the voltage change of the dummy main match line MMLD in the sense amplifier enable signals SAEB and SAET. The main match determination circuit group MMDB11 corresponding to the regular memory blocks MB00, MB01,... Is controlled by the sense amplifier enable signals SAEB, SAET.

図12は、図11におけるダミー・サブマッチ判定回路、ダミー・メインマッチ判定回路、メインマッチ判定回路の詳細な構成例を示す回路図である。同図のダミー・サブマッチ判定回路SMDD0,SMDD1,…は、サブマッチ判定回路SMD00,SMD01,…と同じトランジスタを有し、ダミー・サブマッチ判定回路SMDD0以外のダミー・サブマッチ判定回路SMDD1,…において、トランジスタT202のゲート電極がダミー・サブマッチ線から切り離されて接地されている構成となっている。また、トランジスタT201は、ゲート電極が昇圧電圧VPPに固定されているために導通しており、ダミー・サブマッチ線SMLD0,SMLD1、…は常時、プリチャージ電圧VPCに駆動されている。   FIG. 12 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the dummy / submatch determination circuit, dummy / main match determination circuit, and main match determination circuit in FIG. The dummy submatch determination circuits SMDD0, SMDD1,... Have the same transistors as the submatch determination circuits SMD00, SMD01,..., And in the dummy submatch determination circuits SMDD1,. The gate electrode is separated from the dummy submatch line and grounded. The transistor T201 is conductive because the gate electrode is fixed at the boosted voltage VPP, and the dummy submatch lines SMLD0, SMLD1,... Are always driven to the precharge voltage VPC.

ここで、プリチャージ電圧VPCは、アレイ電圧VDLよりは低いが、トランジスタT202が十分導通する電圧レベルに設定されている。このため、ダミー・サブマッチ判定回路SMDD0内のトランジスタT202が導通し、それ以外のダミー・サブマッチ判定回路内のトランジスタT202はカットオフ状態となっている。すなわち、一つのメモリブロック(ここではダミー・メモリブロックMBD0)のみが不一致状態となっているエントリを仮定し、それに対応する信号をダミー・メインマッチ線MMLDに発生する。なお、アレイ電圧VDLは、実施の形態1で述べた電源電圧VDDよりも低い電圧に設定されている。   Here, although the precharge voltage VPC is lower than the array voltage VDL, it is set to a voltage level at which the transistor T202 is sufficiently conducted. Therefore, the transistor T202 in the dummy submatch determination circuit SMDD0 is turned on, and the other transistors T202 in the dummy submatch determination circuit are cut off. That is, an entry in which only one memory block (in this case, dummy memory block MBD0) is in a mismatch state is assumed, and a corresponding signal is generated on the dummy main match line MMLD. The array voltage VDL is set to a voltage lower than the power supply voltage VDD described in the first embodiment.

ダミー・メインマッチ判定回路MMDDは、PMOSトランジスタT211と、インバータ回路IV21,IV22,IV23と、NAND回路ND21と、遅延回路DLYで構成される。トランジスタT211は、そのゲート寸法がサブマッチ判定回路内のトランジスタT202よりも大きな駆動能力となるように設定されており、ゲート電極に接続された検索イネーブル信号(検索イネーブル信号線)SEBに応じてダミー・メインマッチ線MMLDを高速に充電する。   The dummy main match determination circuit MMDD includes a PMOS transistor T211, inverter circuits IV21, IV22, IV23, a NAND circuit ND21, and a delay circuit DLY. The transistor T211 is set so that the gate size thereof is larger than that of the transistor T202 in the submatch determination circuit, and the dummy T211 is set in accordance with the search enable signal (search enable signal line) SEB connected to the gate electrode. The main match line MMLD is charged at high speed.

インバータ回路IV21は、入力端子に接続されたダミー・メインマッチ線MMLDの電圧変化に応じた信号をノードIN20に出力する。インバータ回路IV22,IV23、NAND回路ND21および遅延回路DLYは、ノードIN20の電圧変化に応じてワン・ショット・パルスを発生する回路構成を実現する接続となっている。遅延回路DLYは、例えば偶数個のインバータ回路を従属接続した構成であり、ノードIN20の信号をインバータ回路IV22で反転した後に遅延させて、NAND回路ND21の一方の入力端子に入力する。NAND回路ND21の他方の入力端子には、ノードIN20が直接接続され、NAND回路ND21の出力端子からは、センスアンプ・イネーブル信号SAEBが発生する。また、センスアンプ・イネーブル信号SAEBをインバータ回路IV23で反転して、センスアンプ・イネーブル信号SAETを発生する。   The inverter circuit IV21 outputs a signal corresponding to the voltage change of the dummy main match line MMLD connected to the input terminal to the node IN20. The inverter circuits IV22 and IV23, the NAND circuit ND21, and the delay circuit DLY are connected to realize a circuit configuration that generates a one-shot pulse in response to a voltage change of the node IN20. The delay circuit DLY has, for example, a configuration in which an even number of inverter circuits are cascade-connected. The delay circuit DLY is inverted by the inverter circuit IV22 and then delayed and input to one input terminal of the NAND circuit ND21. The node IN20 is directly connected to the other input terminal of the NAND circuit ND21, and a sense amplifier enable signal SAEB is generated from the output terminal of the NAND circuit ND21. Further, the sense amplifier enable signal SAEB is inverted by the inverter circuit IV23 to generate the sense amplifier enable signal SAET.

メインマッチ判定回路MMD110は、図11のメインマッチ判定回路群MMDB11を構成する複数のメインマッチ判定回路の一つであり、PMOSトランジスタT221,T222と、クロックド・インバータ回路CIV21と、ラッチ回路LAで構成される。トランジスタT221は、ダミー・メインマッチ判定回路MMDD内におけるトランジスタT211と同じゲート寸法に設定されており、ゲート電極に接続された検索イネーブル信号SEBに応じてメインマッチ線MML0を高速に充電する。   The main match determination circuit MMD110 is one of a plurality of main match determination circuits constituting the main match determination circuit group MMDB11 of FIG. 11, and includes PMOS transistors T221 and T222, a clocked inverter circuit CIV21, and a latch circuit LA. Composed. The transistor T221 is set to have the same gate size as that of the transistor T211 in the dummy main match determination circuit MMDD, and charges the main match line MML0 at high speed according to the search enable signal SEB connected to the gate electrode.

クロックド・インバータ回路CIV21は、図3に示したセンスアンプSAに相当するものであり、センスアンプ・イネーブル信号SAET,SAEBによって活性化され、メインマッチ線MML0の電圧に応じた信号をヒット信号ノードHIT0に出力する。トランジスタT222は、ソース電極とドレイン電極がアレイ電圧VDL端子とヒット信号ノードHIT0にそれぞれ接続される。また、ゲート電極がセンスアンプ・イネーブル信号SAETに接続され、待機時にヒット信号ノードHIT0をアレイ電圧VDLに駆動する。ヒット信号ノードHIT0の電圧変化は、ラッチ回路LAにより保持される。   The clocked inverter circuit CIV21 corresponds to the sense amplifier SA shown in FIG. 3, and is activated by the sense amplifier enable signals SAET and SAEB, and sends a signal corresponding to the voltage of the main match line MML0 to the hit signal node. Output to HIT0. Transistor T222 has a source electrode and a drain electrode connected to array voltage VDL terminal and hit signal node HIT0, respectively. The gate electrode is connected to the sense amplifier enable signal SAET, and drives the hit signal node HIT0 to the array voltage VDL during standby. The voltage change of the hit signal node HIT0 is held by the latch circuit LA.

このような構成のメモリアレイにおいて、検索動作は以下のように行われる。   In the memory array having such a configuration, the search operation is performed as follows.

はじめに、図13に従って、検索キーとエントリとが一致する場合の検索動作を説明する。ここでは、説明を簡単にするために、図11に示したメモリアレイが、1本のワード線あたり2つのメモリブロックを有する構成であるものと仮定する。また、注目するワード線WL0上のメモリブロックには、1〜3(10進数)の範囲に対応するエントリが記憶されており、3(10進数)に対応する検索キーとの比較が行われるものと仮定する。   First, the search operation when the search key matches the entry will be described with reference to FIG. Here, to simplify the description, it is assumed that the memory array shown in FIG. 11 has a configuration having two memory blocks per word line. Further, an entry corresponding to a range of 1 to 3 (decimal number) is stored in the memory block on the noticed word line WL0, and a comparison with a search key corresponding to 3 (decimal number) is performed. Assume that

したがって、図11では、2ビット毎にブロック符号化されたエントリ“0001 1110”に応じて、メモリブロックMB00内の記憶ノードN00およびメモリブロックMB01内の記憶ノードN11〜N13が接地電圧VSS、メモリブロックMB00内のN01〜N03およびメモリブロックMB01内の記憶ノードN10が電源電圧VDDに保持されている。さらに、ダミー・ワード線WLD上のメモリブロックにおける記憶ノードは、全て接地電圧VSSとなっているものと仮定する。   Accordingly, in FIG. 11, the storage node N00 in the memory block MB00 and the storage nodes N11 to N13 in the memory block MB01 are connected to the ground voltage VSS and the memory block according to the entry “0001 1110” block-coded every 2 bits. N01 to N03 in MB00 and storage node N10 in memory block MB01 are held at power supply voltage VDD. Further, it is assumed that all storage nodes in the memory block on the dummy word line WLD are at the ground voltage VSS.

まず、待機状態において、プリチャージ起動信号線PCを昇圧電圧VPPに駆動することにより、サブマッチ判定回路内のトランジスタT201が導通状態にあるので、サブマッチ線SML00、SML01がプリチャージ電圧VPCにそれぞれ駆動される。ここで、プリチャージ電圧VPCは、前述したように、サブマッチ判定回路内のトランジスタT202が十分導通する程度の電圧レベルであるので、メインマッチ線MML0が接地電圧VSSに駆動される。   First, in the standby state, by driving the precharge activation signal line PC to the boosted voltage VPP, the transistor T201 in the submatch determination circuit is in a conductive state, so that the submatch lines SML00 and SML01 are driven to the precharge voltage VPC, respectively. The Here, as described above, the precharge voltage VPC is at a voltage level at which the transistor T202 in the submatch determination circuit is sufficiently conductive, so that the main match line MML0 is driven to the ground voltage VSS.

また、ダミー・サブマッチ判定回路内のトランジスタT201は、ゲート電極に昇圧電圧VPPが入力されているので導通状態にあり、ダミー・サブマッチ線SMLD0,SMLD1が常時、プリチャージ電圧VPCにそれぞれ駆動される。このため、ダミー・サブマッチ判定回路SMDD0内のトランジスタT202が導通しているので、ダミー・メインマッチ線MMLDが接地電圧VSSに駆動される。   The transistor T201 in the dummy / submatch determination circuit is in a conductive state because the boosted voltage VPP is input to the gate electrode, and the dummy / submatch lines SMLD0 and SMLD1 are always driven to the precharge voltage VPC. For this reason, since the transistor T202 in the dummy submatch determination circuit SMDD0 is conductive, the dummy main match line MMLD is driven to the ground voltage VSS.

検索動作が始まると、昇圧電圧VPPとなっているプリチャージ起動信号線PCを接地電圧VSSに駆動して、サブマッチ線のプリチャージを止めてから、接地電圧VSSとなっているサーチ線を検索キーに応じてアレイ電圧VDLに駆動する。同図では、符号化された検索キー“0001 1000”に応じて、サーチ線SL00〜SL02,SL11〜SL13を接地電圧VSSにそれぞれ保持したまま、接地電圧VSSとなっているサーチ線SL03,SL10をアレイ電圧VDLにそれぞれ駆動する例が示されている。   When the search operation starts, the precharge activation signal line PC having the boosted voltage VPP is driven to the ground voltage VSS to stop the pre-match line precharge, and then the search line having the ground voltage VSS is searched. In response to this, the array voltage VDL is driven. In the figure, in response to the encoded search key “0001 1000”, the search lines SL03 and SL10 having the ground voltage VSS are held while the search lines SL00 to SL02 and SL11 to SL13 are held at the ground voltage VSS, respectively. An example of driving each to the array voltage VDL is shown.

ここで、メモリブロックMB00内のメモリセルDMC3とメモリブロックMB01内のメモリセルDMC0において、トランジスタT312,T313が共に導通するので、プリチャージ電圧VPCとなっているサブマッチ線SML00,SML01がそれぞれ放電される。したがって、サブマッチ判定回路SMD00,SMD01内のトランジスタT202がカットオフされる。この状態で、アレイ電圧VDLとなっている検索イネーブル信号線SEBを接地電圧VSSに駆動すると、ダミー・メインマッチ判定回路MMDDとメインマッチ判定回路MMD110内のトランジスタT211が導通するので、接地電圧VSSとなっているダミー・メインマッチ線MMLDおよびメインマッチ線MML0がアレイ電圧VDLに向かって高速に充電される。   Here, in the memory cell DMC3 in the memory block MB00 and the memory cell DMC0 in the memory block MB01, the transistors T312 and T313 are both turned on, so that the submatch lines SML00 and SML01 having the precharge voltage VPC are discharged, respectively. . Accordingly, transistor T202 in submatch determination circuits SMD00 and SMD01 is cut off. In this state, when the search enable signal line SEB having the array voltage VDL is driven to the ground voltage VSS, the dummy main match determination circuit MMDD and the transistor T211 in the main match determination circuit MMD110 become conductive, so that the ground voltage VSS Dummy main match line MMLD and main match line MML0 are charged at high speed toward array voltage VDL.

この後、ダミー・メインマッチ線MMLDおよびメインマッチ線MML0が参照電圧VREFよりも十分高い電圧まで充電されたタイミングで、接地電圧VSSとなっている検索イネーブル信号SEBをアレイ電圧VDLに駆動することによりトランジスタT211をカットオフ状態として、充電を停止する。次いで、ダミー・サブマッチ判定回路SMDD0におけるトランジスタT202が導通しているので、ダミー・メインマッチ線MMLDの電圧が接地電圧VSSに向けて低下していく。   Thereafter, the search enable signal SEB, which is the ground voltage VSS, is driven to the array voltage VDL at a timing when the dummy main match line MMLD and the main match line MML0 are charged to a voltage sufficiently higher than the reference voltage VREF. The transistor T211 is cut off and charging is stopped. Next, since the transistor T202 in the dummy submatch determination circuit SMDD0 is turned on, the voltage of the dummy main match line MMLD decreases toward the ground voltage VSS.

ここで、ダミー・メインマッチ判定回路MMDDは、ダミー・メインマッチ線MMLDの電圧が参照電圧VREFを下回った際のタイミングを検出し、このタイミングに基づいてメインマッチ判定回路MMD110内のクロックド・インバータ回路CIV21(センスアンプSA)を活性化すると共に、その活性化する時間幅を決定する。   Here, the dummy main match determination circuit MMDD detects the timing when the voltage of the dummy main match line MMLD falls below the reference voltage VREF, and based on this timing, the clocked inverter in the main match determination circuit MMD110 The circuit CIV21 (sense amplifier SA) is activated and the activation time width is determined.

すなわち、図12のダミー・メインマッチ判定回路MMDDは、ダミー・メインマッチ線MMLDの電圧変化に応じたパルス信号を、インバータ回路IV21を介してノードIN20に発生し、更に、NAND回路ND21を介してアレイ電圧VDLとなっているセンスアンプ・イネーブル信号SAEBを接地電圧VSSに、接地電圧VSSとなっているセンスアンプ・イネーブル信号SAETをアレイ電圧VDLにそれぞれ駆動する。これによって、メインマッチ判定回路MMD110におけるトランジスタT222がカットオフ状態となり、クロックド・インバータCIV21が活性化される。ここで、メインマッチ線MML0は高電圧に保持されているので、アレイ電圧VDLとなっているヒット信号ノードHIT0は接地電圧VSSに放電される。   That is, the dummy main match determination circuit MMDD in FIG. 12 generates a pulse signal corresponding to the voltage change of the dummy main match line MMLD at the node IN20 via the inverter circuit IV21, and further via the NAND circuit ND21. The sense amplifier enable signal SAEB at the array voltage VDL is driven to the ground voltage VSS, and the sense amplifier enable signal SAET at the ground voltage VSS is driven to the array voltage VDL. As a result, the transistor T222 in the main match determination circuit MMD110 is cut off, and the clocked inverter CIV21 is activated. Here, since the main match line MML0 is held at a high voltage, the hit signal node HIT0 having the array voltage VDL is discharged to the ground voltage VSS.

その後、ダミー・メインマッチ判定回路MMDDは、ワン・ショット・パルス発生回路を用いて、接地電圧VSSとなっているセンスアンプ・イネーブル信号SAEBをアレイ電圧VDLに、アレイ電圧VDLとなっているセンスアンプ・イネーブル信号SAETを接地電圧VSSにそれぞれ駆動して、クロックド・インバータCIV21を不活性状態にする。また、トランジスタT222が導通することによりヒット信号ノードHITがアレイ電圧VDLに駆動される。さらに、接地電圧VSSとなっているプリチャージ起動信号線PCを昇圧電圧VPPに駆動することにより、サブマッチ線SML00,SML01をプリチャージ電圧VPCに、メインマッチ線MML0を接地電圧VSSに駆動して、再び待機状態に戻る。   Thereafter, the dummy main match determination circuit MMDD uses the one-shot pulse generation circuit to change the sense amplifier enable signal SAEB at the ground voltage VSS to the array voltage VDL and the sense amplifier at the array voltage VDL. Each of the enable signals SAET is driven to the ground voltage VSS, and the clocked inverter CIV21 is inactivated. Further, when the transistor T222 is turned on, the hit signal node HIT is driven to the array voltage VDL. Further, by driving the precharge activation signal line PC at the ground voltage VSS to the boosted voltage VPP, the submatch lines SML00 and SML01 are driven to the precharge voltage VPC, and the main match line MML0 is driven to the ground voltage VSS. Return to standby again.

次に、図14に従って、検索キーとエントリとが一致しない場合の検索動作を説明する。ここでは、図13と同様に、ワード線WL0上のメモリブロックには、1〜3(10進数)の範囲に対応するエントリ(“0001 1110”)が記憶されており、0(10進)に対応する検索キーとの比較が行われるものと仮定する。なお、プリチャージ動作や各信号の駆動タイミングは図13の説明と同じであるので、以下では省略する。   Next, the search operation when the search key and the entry do not match will be described with reference to FIG. Here, as in FIG. 13, an entry (“0001 1110”) corresponding to a range of 1 to 3 (decimal number) is stored in the memory block on the word line WL0, and 0 (decimal). Assume that a comparison is made with the corresponding search key. Note that the precharge operation and the drive timing of each signal are the same as those described with reference to FIG.

検索動作が始まると、符号化された検索キー“0001 0001”に応じて、サーチ線SL01〜SL03,SL11〜SL13を接地電圧VSSにそれぞれ保持したまま、接地電圧VSSとなっているサーチ線SL00,SL10をアレイ電圧VDLに駆動する。ここで、メモリブロックMB01内のメモリセルDMC0において、トランジスタT312,T313が共に導通するので、プリチャージ電圧VPCとなっているサブマッチ線SML01が放電される。   When the search operation starts, in response to the encoded search key “0001 0001”, the search lines SL00, SL03, SL11, SL13, which are at the ground voltage VSS, with the search lines SL01-SL03, SL11-SL13 held at the ground voltage VSS, respectively. SL10 is driven to the array voltage VDL. Here, in the memory cell DMC0 in the memory block MB01, the transistors T312 and T313 are both turned on, so that the submatch line SML01 at the precharge voltage VPC is discharged.

しかし、メモリブロックMB00において導通状態となるトランジスタは、メモリセルDMC0内のトランジスタT312とメモリセルDMC1〜DMC3内のトランジスタT313であるので、いずれのメモリセルにおいてもサブマッチ線SML00と接地電極との間に電流経路が形成されない。すなわち、サブマッチ線SML00は、プリチャージ電圧VPCに保たれ、サブマッチ判定回路SMD00内のトランジスタT202は導通状態に保持される。   However, the transistors that are turned on in the memory block MB00 are the transistor T312 in the memory cell DMC0 and the transistor T313 in the memory cells DMC1 to DMC3. Therefore, in any memory cell, the sub-match line SML00 is connected to the ground electrode. A current path is not formed. That is, submatch line SML00 is maintained at precharge voltage VPC, and transistor T202 in submatch determination circuit SMD00 is maintained in a conductive state.

したがって、検索イネーブル信号線SEBの活性化に伴いトランジスタT211から注入された電荷は、ダミー・メインマッチ線MMLDと同様にメインマッチ線MML0からトランジスタT202を経て放電されるので、ダミー・メインマッチ線MMLDとメインマッチ線MML0の電圧はセンスアンプの論理しきい値VREFより低いレベルに抑えられる。したがって、前述したセンスアンプ・イネーブル信号SAET,SAEBによってメインマッチ判定回路MMD110内のクロックド・インバータCIV21が活性化されても、ヒット信号ノードHIT0はアレイ電圧VDLに保持される。   Accordingly, since the charge injected from the transistor T211 with the activation of the search enable signal line SEB is discharged from the main match line MML0 through the transistor T202 in the same manner as the dummy main match line MMLD, the dummy main match line MMLD is discharged. The voltage of the main match line MML0 is suppressed to a level lower than the logic threshold value VREF of the sense amplifier. Therefore, even if the clocked inverter CIV21 in the main match determination circuit MMD110 is activated by the above-described sense amplifier enable signals SAET and SAEB, the hit signal node HIT0 is held at the array voltage VDL.

以上の構成と動作により、図11および図12に示したメモリアレイは、次の三つの効果を得る。第一に、メインマッチ判定回路MMD110内のPMOSトランジスタT211のゲート寸法を、サブマッチ判定回路内のNMOSトランジスタT202よりも大きな駆動能力となるように設定して、先にメインマッチ線を高電圧に駆動してからトランジスタT202で放電することにより、検索キーとエントリとの比較結果に応じた電圧信号をメインマッチ線に高速に発生することが可能となる。   With the configuration and operation described above, the memory array shown in FIGS. 11 and 12 obtains the following three effects. First, the gate size of the PMOS transistor T211 in the main match determination circuit MMD110 is set to be larger than the NMOS transistor T202 in the submatch determination circuit, and the main match line is first driven to a high voltage. Then, by discharging the transistor T202, a voltage signal corresponding to the comparison result between the search key and the entry can be generated at high speed on the main match line.

第二に、ダミー・メモリブロックMBD0,MBD1,…、ダミー・サブマッチ判定回路SMDD0,SMDD1,…、およびダミー・メインマッチ判定回路MMDDを配置して、一つのメモリブロックが不一致だった場合のエントリに対応した信号をダミー・メインマッチ線MMLDに発生することにより、不一致エントリの中でも最も信号の発生に時間を要する動作に応じたタイミングでセンスアンプ・イネーブル信号SAET,SAEBを発生することができる。このように、センスアンプ・イネーブル信号の起動タイミングを最適化することによって、起動タイミングが早すぎることによる消費電力の増加や起動タイミングが遅すぎることによる動作速度の低下を抑制することが可能となる。   Second, dummy memory blocks MBD0, MBD1,..., Dummy submatch determination circuits SMDD0, SMDD1,..., And dummy main match determination circuit MMDD are arranged, and an entry when one memory block does not match is entered. By generating a corresponding signal on the dummy main match line MMLD, it is possible to generate the sense amplifier enable signals SAET and SAEB at the timing corresponding to the operation that takes the longest time for signal generation among the mismatched entries. Thus, by optimizing the start timing of the sense amplifier enable signal, it is possible to suppress an increase in power consumption due to the start timing being too early and a decrease in operating speed due to the start timing being too late. .

第三に、クロックド・インバータCIV21の出力を、デフォルトで不一致信号レベルとしておくことで、検索動作における消費電力を大幅に抑制することが可能となる。すなわち、通常、一致エントリは検索テーブルの極僅かしか存在せず、その数少ない一致エントリに対応するクロックド・インバータCIV21のみが出力を反転させる動作を行う。したがって、実使用上の消費電力は、一致エントリに対応するクロックド・インバータCIV21とそれに対応するラッチ回路LAに限定される。   Third, by setting the output of the clocked inverter CIV21 to the mismatch signal level by default, it is possible to greatly suppress power consumption in the search operation. That is, there are usually very few matching entries in the search table, and only the clocked inverter CIV21 corresponding to the few matching entries performs the operation of inverting the output. Therefore, power consumption in actual use is limited to the clocked inverter CIV21 corresponding to the matching entry and the latch circuit LA corresponding thereto.

なお、図12では、ダミー・メインマッチ線MMLDを放電するダミー・サブマッチ判定回路をダミー・メインマッチ判定回路MMDDに一番近いダミー・サブマッチ判定回路SMDD0とする構成を示した。しかし、ダミー・メインマッチ線MMLDを放電するダミー・サブマッチ判定回路の配置はこれに限らず、種々の配置が可能である。一般に、信号の伝播時間は送信部(または駆動回路。ここでは、ダミー・サブマッチ判定回路。)から受信部(ここでは、ダミー・メインマッチ判定回路MMDD。)の距離に依存するので、例えば、ダミー・メインマッチ判定回路MMDDの最遠端に位置するダミー・サブマッチ判定回路を、ダミー・メインマッチ線MMLDを放電するダミー・サブマッチ判定回路としすることによって、センスアンプ・イネーブル信号SAET,SAEBの起動タイミング精度を高めることができる。   FIG. 12 shows a configuration in which the dummy / submatch determination circuit SMDD0 closest to the dummy / mainmatch determination circuit MMDD is used as the dummy / submatch determination circuit for discharging the dummy / mainmatch line MMLD. However, the arrangement of the dummy / submatch determination circuit for discharging the dummy main match line MMLD is not limited to this, and various arrangements are possible. In general, the signal propagation time depends on the distance from the transmission unit (or drive circuit; here, the dummy submatch determination circuit) to the reception unit (here, the dummy main match determination circuit MMDD). The start timing of the sense amplifier enable signals SAET and SAEB is determined by making the dummy submatch determination circuit located at the farthest end of the main match determination circuit MMDD as a dummy submatch determination circuit for discharging the dummy main match line MMLD. Accuracy can be increased.

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、最後に本発明によるCAMを適用したネットワーク・ルータNRの構成例について、図15に従い説明する。同図では、説明を簡単にするために、要部ブロックとしてルータ・マネージャ群RMB、クロスバ・スイッチ群CBSWB、およびパケット・プロセッサ・ユニットPPU0〜PPUyが示されている。   The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. Finally, a configuration example of the network router NR to which the CAM according to the invention is applied will be described with reference to FIG. In the figure, for simplicity of explanation, a router manager group RMB, a crossbar switch group CBSWB, and packet processor units PPU0 to PPUy are shown as main blocks.

ルータ・マネージャ群RMBは、複数の中央演算処理装置(CPU)で構成され、ネットワーク・ルータ全体の設定、制御を行う。クロスバ・スイッチ群CBSWBは、処理するパケットの転送経路に応じて所望のパケット・プロセッサ・ユニット同士を接続する。パケット・プロセッサ・ユニットPPU0〜PPUyは、対応するネットワークIPN0〜IPNyとの間でパケットの授受をそれぞれ行うブロックである。   The router manager group RMB is composed of a plurality of central processing units (CPUs), and performs setting and control of the entire network router. The crossbar switch group CBSWB connects desired packet processor units according to the transfer path of the packet to be processed. The packet processor units PPU0 to PPUy are blocks that exchange packets with the corresponding networks IPN0 to IPNy, respectively.

なお、130は、本ネットワーク・ルータが処理するパケットPCTを模式的に示している。パケットPCTは、二つの領域に大別される。一方の140はヘッダ領域HDR、他方の131はペイロード領域PYLDである。ヘッダ領域HDR140は、さらに、図16に示すような複数(ここでは三つ)の領域141,142,143で構成される。   Reference numeral 130 schematically represents a packet PCT processed by the network router. The packet PCT is roughly divided into two areas. One 140 is a header area HDR, and the other 131 is a payload area PYLD. The header area HDR 140 further includes a plurality of (here, three) areas 141, 142, and 143 as shown in FIG.

領域141は、第2層のヘッダL2HDRであり、送信元MACアドレス(Source address Media Access Control)や宛先MACアドレス(Destination address Media Access Control)などを有する。領域142は、第3層のヘッダL3HDRであり、送信元IPアドレス(Source IP address)や宛先IPアドレス(Destination IP address)などを有する。領域143は、第4層のヘッダL4HDRであり、プロトコルすなわち上位アプリケーションを表す送信元ポート(Source port)や宛先ポート(Destination port)などを有する。   The area 141 is a second layer header L2HDR, and includes a source MAC address (Source address Media Access Control), a destination MAC address (Destination address Media Access Control), and the like. The area 142 is a third-layer header L3HDR, and includes a source IP address (Source IP address), a destination IP address (Destination IP address), and the like. The area 143 is a fourth-layer header L4HDR, and includes a protocol, that is, a source port (Destination port) representing a higher-level application, a destination port, and the like.

ペイロード領域PYLDは、電子メールの本文やテキスト・ファイルなどの送信者が指定した情報などを有する。なお、同図に示された矢印132は、パケットPCTの転送経路、矢印133は、ヘッダ領域の転送経路である。以下では、これらの経路に注目しながら、パケット・プロセッサ・ユニットPPU0〜PPUyの詳細な構成を説明する。   The payload area PYLD has information designated by the sender, such as the body of an e-mail or a text file. The arrow 132 shown in the figure is the packet PCT transfer path, and the arrow 133 is the header area transfer path. Hereinafter, the detailed configuration of the packet processor units PPU0 to PPUy will be described while paying attention to these paths.

パケット・プロセッサ・ユニットPPU0〜PPUyの各々は、ネットワーク・インタフェイスNIFと、パケット・フォワーディング・プロセッサPFPと、検索エンジンSEと、本実施の形態によるコンテント・アドレッサブル・メモリCAMと、DRAMなどが用いられるコンテント・メモリCMと、パケット・プロセッサ・ユニット用中央演算処理装置PPUPなどで構成される。   Each of the packet processor units PPU0 to PPUy uses a network interface NIF, a packet forwarding processor PFP, a search engine SE, a content addressable memory CAM according to this embodiment, a DRAM, and the like. It consists of a content memory CM and a central processing unit PPUP for packet processor units.

ネットワーク・インタフェイスNIFとパケット・フォワーディング・プロセッサPFPは、システム・バスSBSで接続されている。パケット・フォワーディング・プロセッサPFPと検索エンジンSEは、内部バスIBSで接続されている。検索エンジンSEとコンテント・アドレッサブル・メモリCAMは、データ・バスDQ、マスタ・クロックMCLK、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEで接続され、検索エンジンSEとコンテント・メモリCMは、コンテント・データ・バスCBSで接続されている。コンテント・アドレッサブル・メモリCAMとコンテント・メモリCMは、コンテント・アドレス・バスCADDで接続されている。   The network interface NIF and the packet forwarding processor PFP are connected by a system bus SBS. The packet forwarding processor PFP and the search engine SE are connected by an internal bus IBS. The search engine SE and the content addressable memory CAM are connected by a data bus DQ, a master clock MCLK, and a multi-bank enable signal MBKE. The search engine SE and the content memory CM are connected by a content data bus CBS. It is connected. The content addressable memory CAM and the content memory CM are connected by a content address bus CADD.

ルータNRは、例えばインターネット網IPN0とパケット・プロセッシング・ユニットPPU0との間で、ネットワーク・インタフェイスNIFを介してパケットPCTの送受信を行う。パケット・フォワーディング・プロセッサPFPは、受信したパケットの内容を解読し、そのペイロード領域PYLDを保持しつつ、ヘッダ領域HDRを検索エンジンSEに転送する。検索エンジンSEは、パケット・プロセッシング・バスPPBSを介して接続されたパケット・プロセッシング・ユニット用中央演算処理装置PPUPを用いてヘッダ領域から所望の情報を抽出して検索キーとしてコンテント・アドレッサブル・メモリCAMに転送する。   For example, the router NR transmits and receives packet PCTs via the network interface NIF between the Internet network IPN0 and the packet processing unit PPU0. The packet forwarding processor PFP decodes the content of the received packet and transfers the header area HDR to the search engine SE while holding the payload area PYLD. The search engine SE extracts desired information from the header area using the central processing unit PPUP for packet processing units connected via the packet processing bus PPBS, and uses the content addressable memory CAM as a search key. Forward to.

コンテント・アドレッサブル・メモリCAMは、実施の形態1や実施の形態2で説明したように、マスタ・クロックMCLKに同期して検索キーを受信し、マルチ・バンク・イネーブル信号MBKEに応じたモードで検索動作を行う。コンテント・アドレッサブル・メモリCAMには、検索キーと同じ形式の情報で構成されたエントリが多数格納されており、検索動作によって一致したエントリに対応するアドレスを発生する。このアドレスがコンテント・アドレス・バスCADDを介してコンテント・メモリCMに入力されることにより、該当するエントリに関する情報がコンテント・メモリCMから読み出され、検索エンジンSEを介してパケット・フォワーディング・プロセッサPFPに転送される。   As described in the first and second embodiments, the content addressable memory CAM receives a search key in synchronization with the master clock MCLK and searches in a mode corresponding to the multi-bank enable signal MBKE. Perform the action. The content addressable memory CAM stores a large number of entries composed of information in the same format as the search key, and generates an address corresponding to the matched entry by the search operation. When this address is input to the content memory CM via the content address bus CADD, information on the corresponding entry is read from the content memory CM, and the packet forwarding processor PFP is read via the search engine SE. Forwarded to

ここで読み出された情報は、例えば、宛先までの最適な経路情報などが含まれる転送制御情報である。パケット・フォワーディング・プロセッサPFPは、この転送制御情報に基づいてヘッダ領域HDRの内容を書き換え、前述したペイロード領域PYLDと共にパケットPCTを再構築する。そして、このパケットPCTをクロスバ・スイッチ群CBSWBから指定されたパケット・プロセッシング・ユニットを介して、次の中継点であるネットワーク・ルータに接続されたネットワークへ転送する。   The information read here is, for example, transfer control information including optimum route information to the destination. The packet forwarding processor PFP rewrites the contents of the header area HDR based on this transfer control information, and reconstructs the packet PCT together with the above-described payload area PYLD. Then, the packet PCT is transferred from the crossbar switch group CBSWB to the network connected to the network router as the next relay point through the packet processing unit designated.

このようなルータNRの構成において、検索キーは、検索エンジンSEおよびパケット・プロセッサ・ユニット用中央演算処理装置PPUPを用いて発生される。一方、コンテント・アドレッサブル・メモリCAMに記憶さるエントリは、ルータNRの管理者が設定した情報ETRをルータ・マネージャ群RMBもしくはパケット・プロセッサ・ユニット用中央演算処理装置PPUPで解析しながら発生、登録する。   In such a router NR configuration, the search key is generated using the search engine SE and the central processing unit PPUP for the packet processor unit. On the other hand, an entry stored in the content addressable memory CAM is generated and registered while the information ETR set by the administrator of the router NR is analyzed by the router manager group RMB or the central processing unit PPUP for the packet processor unit. .

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、本発明によるCAMは、オフチップすなわち単体デバイスに限らず、所謂システム・オン・チップ(SoC)と呼ばれるシステムLSIに搭載されるCAMブロックにも適用することが可能であり、これまで述べた実施の形態と同様の効果が得られる。また、メモリセルは、図3のDRAMセルをベースとした構成以外とすることも可能である。例えば、SRAMセルとすることによりCAMの製造工程が簡素化されるので、チップ単価を抑制することができる。   For example, the CAM according to the present invention can be applied not only to an off-chip, that is, a single device, but also to a CAM block mounted on a system LSI called a so-called system-on-chip (SoC). The same effect as the embodiment can be obtained. Further, the memory cell may have a configuration other than that based on the DRAM cell of FIG. For example, since the manufacturing process of the CAM is simplified by using the SRAM cell, the chip unit price can be suppressed.

別の例として、フラッシュ・メモリや強誘電体RAM(フェロエレクトリック・ランダム・アクセス・メモリ)、MRAM(マグネトレジスティブ・ランダム・アクセス・メモリ)などのメモリセルを適用することも可能である。この場合、いずれも不揮発性のメモリセル構造であるので、電源遮断事故が起こっても、短時間に検索動作を再開することができる。   As another example, a memory cell such as a flash memory, a ferroelectric RAM (ferroelectric random access memory), or an MRAM (magnetoressive random access memory) can be applied. In this case, since both have a nonvolatile memory cell structure, the search operation can be resumed in a short time even if a power interruption accident occurs.

また、図3および図12では、サブマッチ線と接地電極との間に、NMOSトランジスタをT312、T313の順に直列接続するメモリセル構成を示したが、順番を逆にしても同様の検索動作が可能である。さらに、図1や図8では、3値情報および4値情報に対応した符号化回路群と復号回路群を具備した構成を示したが、周辺回路の構成はこの限りではなく、One−hot−spotブロック符号化したエントリおよび検索キーを処理するCAMであれば、種種の変形が可能である。例えば、参考文献1の図8に示されているように、チップ内部に圧縮回路および伸張回路を具備した回路構成でも同様な効果を得ることができる。   3 and 12 show the memory cell configuration in which NMOS transistors are connected in series in the order of T312 and T313 between the submatch line and the ground electrode, but the same search operation is possible even if the order is reversed. It is. Further, FIGS. 1 and 8 show the configuration including the encoding circuit group and the decoding circuit group corresponding to the ternary information and the quaternary information, but the configuration of the peripheral circuit is not limited to this, and the One-hot- Various modifications are possible in the case of a CAM that processes a spot block-encoded entry and a search key. For example, as shown in FIG. 8 of Reference 1, the same effect can be obtained even with a circuit configuration including a compression circuit and an expansion circuit inside the chip.

なお、本実施の形態では、図2および図3に示したメモリブロックを例に、検索キーおよびエントリを2ビット毎に符号化して検索および記憶するCAM構成を示した。しかし、CAM構成はこの限りではなく、符号化ビット数は、参考文献1の図21に示されているように、3ビット以上でも可能である。例えば、3ビット毎に符号化する場合、メモリブロックを参考文献1の図12に示されているように八つのメモリセルからなる構成とし、これに応じて符号化情報バスやグローバルIOなど符号化情報を伝達するバス幅を拡張した構成とする。このような構成とすることにより、一つのエントリあたりの情報量が向上し、実効的に容量の大きなCAMを実現することができる。   In this embodiment, the CAM configuration in which the search key and the entry are encoded every 2 bits and searched and stored is shown by taking the memory block shown in FIGS. 2 and 3 as an example. However, the CAM configuration is not limited to this, and the number of encoded bits may be 3 bits or more as shown in FIG. For example, when coding every 3 bits, the memory block is composed of eight memory cells as shown in FIG. 12 of Reference 1, and the coding information bus, global IO, etc. are coded accordingly. The bus width for transmitting information is expanded. With such a configuration, the amount of information per entry is improved, and a CAM having a large capacity can be realized effectively.

また、実施の形態1および実施の形態2で説明したインターリーブ動作を実現するCAM構成は、ターナリCAMにも適用できる。すなわち、ターナリCAMセルの構成は、参考文献1の図4に示されているように、本明細書の図2および図3に示したメモリセルを二つ組み合せた構成と同じであるので、図4および図5に示した構成を用いて正確な読み書きおよびリフレッシュ動作を行うことにより、高信頼、高速ターナリCAMを実現可能となる。   The CAM configuration that realizes the interleave operation described in the first and second embodiments can also be applied to a ternary CAM. That is, the configuration of the ternary CAM cell is the same as the combination of the two memory cells shown in FIGS. 2 and 3 of the present specification as shown in FIG. By performing accurate read / write and refresh operations using the configuration shown in FIGS. 4 and 5, a highly reliable and high-speed ternary CAM can be realized.

本発明の半導体装置は、複数にバンク化されたメモリアレイをインターリーブ動作させることにより、メモリアレイの検索動作サイクルよりも速いサイクルで検索キーを受信して、遅滞なく検索することが可能であり、急激に向上する回線速度を律することなくテーブル検索行うネットワーク・ルータ技術に適している。   The semiconductor device of the present invention can perform a search without delay by receiving a search key in a cycle faster than the search operation cycle of the memory array by interleaving a plurality of banked memory arrays. It is suitable for network router technology that searches tables without limiting the line speed that is rapidly increasing.

T201,T202,T211,T311,T312,T313,T321,T322,T331,N500,N501,N510,N511,N512,N520,N521,N522,N523,N530,N531,N540,N541,N543 NMOSトランジスタ
T211,T221,T222,P500,P501,P520,P521,P540,P541 PMOSトランジスタ
C キャパシタ
DMC0,DMC1,DMC2,DMC3 メモリセル
MMLm(m=0,1,…) メインマッチ線
MMLD ダミー・メインマッチ線
SMLmj(m=0,1,…、j=0,1,…) サブマッチ線
SMLDj(j=0,1,…) ダミー・サブマッチ線
WLm(m=0,1,…) ワード線
WLD ダミー・ワード線
BLnx(n=0,1,…、x=0,1,…) ビット線
SLnx(n=0,1,…、x=0,1,…) サーチ線
PC プリチャージ起動信号線
SEB 検索イネーブル信号線
Nnx(n=0,1,…、x=0,1,…) 記憶ノード
MBmj(m=0,1,…、j=0,1,…) メモリブロック
MBDj(m=0,1,…、j=0,1,…) ダミー・メモリブロック
SMDmj(m=0,1,…、j=0,1,…) サブマッチ判定回路
SMDDj(m=0,1,…、j=0,1,…) ダミー・サブマッチ判定回路
WDB ワード・ドライバ群
MMDB,MMDB11 メインマッチ判定回路群
SDB サーチ線駆動回路群
RWB 読み書き回路群
RWSBK 読み書き検索回路群
SARYU,SARYL サブアレイ
MMD0,MMD110 メインマッチ判定回路
MMDD ダミー・メインマッチ判定回路
RWSBKnx(n=0,1,…、x=0,1,…) 読み書き検索回路
SA センスアンプ
EQ イコライズ回路
RCKT 読み出し回路
WCKT 書き込み回路
SCKT サーチ線駆動回路
VDD 電源電圧
VSS 接地電圧
VDL アレイ電圧
VPC プリチャージ電圧
CSP,CSN 共通ソース線
BLEQ ビット線イコライズ信号
RDU,RDL,RD 読み出し起動信号
WTU,WTL 書き込み起動信号
SCET,SCEB 検索起動信号
IV21,IV22,IV23 インバータ回路
CIV21 クロックド・インバータ回路
LA ラッチ回路
ND NAND回路
DLY 遅延回路
HIT0 ヒット信号ノード
CADD コンテント・アドレス・バス
DQ データ・バス
DBS 内部データ・バス
DIO データ入出力回路
BK1,BK2,BKA,BKB バンク
MC メモリ制御回路
MBK1,MBK2 メイン・バンク
CAMCTL1,CAMCTL8 CAM制御回路
TOBENC,QOBENC 符号化回路群
ENCBK 符号化回路群
OBTDEC,OBQDEC 復号回路群
DECBK 復号回路群
MPE メイン・プライオリティ・エンコーダ
PE プライオリティ・エンコーダ
RAMCTL RAM制御回路
CDEC コマンド・デコーダ
WSDMUX デマルチプレクサ
RMUX マルチプレクサ
REGBK 各種レジスタ群
INMD1〜INMDs 入力マスク/差レジスタ群
OUTMD1〜OUTMDs 出力マスク/差レジスタ群
DFI1〜DFIs データ領域識別レジスタ群
MA1〜MAs マッチ・アドレス・レジスタ
CMD 外部コマンド信号群
MCLK マスタ・クロック
MBKE,GMBKEN マルチ・バンク・イネーブル信号
INMDBS 入力マスク/差バス
OUTMDBS 出力マスク/差バス
HBSU,HBSL ヒット信号バス
MABS マッチ・アドレス・バス
SMABSA,SMABSB サブ・マッチ・アドレス・バス
DFIBS データ領域識別バス
ENCBS 符号化情報バス
GIOA,GIOB グローバルIO
ENCLnx(n=0,1,…、x=0,1,…) 符号化データ線
RDE リード・イネーブル信号
WTE ライト・イネーブル信号
SCE サーチ・イネーブル信号
ACLK コンテント・アドレス・クロック
DCLK データ・クロック
BCLK1,BCLK2,BCLKA1,BCLKA2,BCLKB1,BCLKB2 バンク制御クロック
GCLKWS,GCLKR グローバルIO制御クロック
130 パケット
131 ペイロード領域
140 ヘッダ領域
141 第2層ヘッダ領域
142 第3層ヘッダ領域
143 第4層ヘッダ領域
NR ネットワーク・ルータ
NIF ネットワーク・インタフェイス
PFP パケット・フォワーディング・プロセッサ
SE 検索エンジン
CAM コンテント・アドレッサブル・メモリ
CM コンテント・メモリ
PPU パケット・プロセッシング・ユニット
PPUP パケット・プロセッシング・ユニット用中央演算処理装置
RMB ルーティング・マネージャ群
CBSWB クロスバ・スイッチ群
CBS コンテント・バス
PPBS パケット・プロセッシング・バス
IPNx(x=0,1,…,y) ネットワーク
SBS システム・バス
IBS 内部バス
ETR ルータNRの管理者が設定した情報
T201, T202, T211, T311, T312, T313, T321, T322, T331, N500, N501, N510, N511, N512, N520, N521, N522, N523, N530, N531, N540, N541, N543 NMOS transistors T211, T221 , T222, P500, P501, P520, P521, P540, P541 PMOS transistor C capacitor DMC0, DMC1, DMC2, DMC3 memory cell MMLm (m = 0, 1,...) Main match line MMLD dummy main match line SMLmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Submatch line SMLDj (j = 0, 1,...) Dummy submatch line WLm (m = 0, 1,...) Word line WLD Dummy word line BLnx n = 0, 1,..., x = 0, 1,..., bit line SLnx (n = 0, 1,..., x = 0, 1,...) search line PC precharge activation signal line SEB search enable signal line Nnx (N = 0, 1,..., X = 0, 1,...) Storage node MBmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Memory block MBDj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Dummy memory block SMDmj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Submatch determination circuit SMDDj (m = 0, 1,..., J = 0, 1,...) Dummy submatch determination circuit WDB Word driver group MMDB, MMDB11 Main match determination circuit group SDB Search line drive circuit group RWB Read / write circuit group RWSBK Read / write search circuit group SARYU, SARYL Subarray MMD0, MMD110 Main Check circuit MMDD dummy main match determination circuit RWSBKnx (n = 0, 1,..., X = 0, 1,...) Read / write search circuit SA sense amplifier EQ equalize circuit RCKT read circuit WCKT write circuit SCKT search line drive circuit VDD Power supply voltage VSS Ground voltage VDL Array voltage VPC Precharge voltage CSP, CSN Common source line BLEQ Bit line equalize signal RDU, RDL, RD Read start signal WTU, WTL Write start signal SCET, SCEB Search start signal IV21, IV22, IV23 Inverter circuit CIV21 Clocked inverter circuit LA latch circuit ND NAND circuit DLY delay circuit HIT0 hit signal node CADD content address bus DQ data bus DBS Data bus DIO Data input / output circuit BK1, BK2, BKA, BKB Bank MC Memory control circuit MBK1, MBK2 Main bank CAMCTL1, CAMCTL8 CAM control circuit TOBENC, QOBENC Encoding circuit group ENCBK Encoding circuit group OBTDEC, OBQDEC Decoding circuit group DECBK decoding circuit group MPE main priority encoder PE priority encoder RAMCTL RAM control circuit CDEC command decoder WSDMUX demultiplexer RMUX multiplexer REGBK Various registers INMD1-INMDs Input mask / difference registers OUTMD1-OUTMDs Output mask / difference registers DFI1 ~ DFIs Data area identification register group MA1 ~ MAs Match-a Less register CMD External command signal group MCLK Master clock MBKE, GMBKEN Multi bank enable signal INMDBS Input mask / difference bus OUTMDBS Output mask / difference bus HBSU, HBSL Hit signal bus MABS Match address bus SMABSA, SMABSB Sub Match address bus DFIBS Data area identification bus ENCBS Encoded information bus GIOA, GIOB Global IO
ENCLnx (n = 0, 1,..., X = 0, 1,...) Encoded data line RDE Read enable signal WTE Write enable signal SCE Search enable signal ACLK Content address clock DCLK Data clock BCLK1, BCLK2 , BCLKA1, BCLKA2, BCLKB1, BCLKB2 Bank control clock GCLKWS, GCLKR Global IO control clock 130 Packet 131 Payload area 140 Header area 141 Second layer header area 142 Third layer header area 143 Fourth layer header area NR Network router NIF network・ Interface PFP packet forwarding processor SE search engine CAM content ・ Addressable memory CM content Memory PPU Packet processing unit Central processing unit for PPUP packet processing unit RMB Routing manager group CBSWB Crossbar switch group CBS Content bus PPBS Packet processing bus IPNx (x = 0, 1, ..., y) Network SBS system bus IBS internal bus ETR Information set by router NR administrator

Claims (2)

複数のビット線と、
前記複数のビット線にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のビット線と平行に配置された複数のサーチ線と、
前記複数のビット線に交差する複数のワード線と、
前記複数のビット線と前記複数のワード線との交点に配置された複数のメモリセルと、
前記複数のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のワード線と平行に配置された複数のメインマッチ線と、
前記複数のメインマッチ線のそれぞれに対応して複数設けられ、前記複数のメインマッチ線と平行に配置され、それぞれが前記複数のメモリセルの中の所定の数のメモリセルに接続された複数のサブマッチ線と、
前記複数のサブマッチ線と前記複数のサブマッチ線に対応するいずれかのメインマッチ線との間にそれぞれ接続された複数のサブマッチ判定回路と、
前記複数のメインマッチ線にそれぞれ接続され、それぞれセンスアンプを含む複数のメインマッチ判定回路とを備え、
前記複数のサーチ線を介して入力された情報と前記複数のメモリセルに保持された情報との比較を行い、前記比較した結果を前記複数のメインマッチ判定回路内のセンスアンプで増幅する半導体装置であって、
前記複数のメインマッチ判定回路は、検索動作に際し、まず、前記複数のメインマッチ線を前記複数のセンスアンプの論理しきい値より高い電圧に充電し、前記充電を停止後、前記複数のメインマッチ線の電荷が、前記複数のサブマッチ判定回路の一部又は全部によって放電されることで前記複数のセンスアンプの論理しきい値より低い電圧になった段階で前記複数のセンスアンプを起動することを特徴とする半導体装置。
Multiple bit lines,
A plurality of search lines provided corresponding to the plurality of bit lines, respectively, and arranged in parallel with the plurality of bit lines;
A plurality of word lines intersecting the plurality of bit lines;
A plurality of memory cells disposed at intersections of the plurality of bit lines and the plurality of word lines;
A plurality of main match lines provided corresponding to the plurality of word lines, respectively, and arranged in parallel with the plurality of word lines;
A plurality of main match lines are provided corresponding to each of the plurality of main match lines, arranged in parallel with the plurality of main match lines, each connected to a predetermined number of memory cells in the plurality of memory cells. Submatch lines,
A plurality of submatch determination circuits respectively connected between the plurality of submatch lines and any main match line corresponding to the plurality of submatch lines;
A plurality of main match determination circuits each connected to the plurality of main match lines, each including a sense amplifier;
A semiconductor device that compares information input through the plurality of search lines with information held in the plurality of memory cells and amplifies the comparison result by a sense amplifier in the plurality of main match determination circuits Because
In the search operation, the plurality of main match determination circuits first charge the plurality of main match lines to a voltage higher than a logical threshold value of the plurality of sense amplifiers, and after stopping the charging, the plurality of main match lines Activating the plurality of sense amplifiers when a line charge is discharged by a part or all of the plurality of submatch determination circuits to become a voltage lower than a logical threshold value of the plurality of sense amplifiers. A featured semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、さらに、
前記複数のワード線と平行に配置されたダミー・メインマッチ線と、
前記ダミー・メインマッチ線に対応して複数設けられ、前記ダミー・メインマッチ線と平行に配置された複数のダミー・サブマッチ線と、
前記複数のダミー・サブマッチ線と前記ダミー・メインマッチ線との間にそれぞれ接続された複数のダミー・サブマッチ判定回路と、
前記ダミー・メインマッチ線に接続されたダミー・メインマッチ判定回路とを有し、
前記複数のダミー・サブマッチ判定回路は前記複数のサブマッチ判定回路を擬似した構成であり、
前記ダミー・メインマッチ判定回路は前記複数のメインマッチ判定回路と同じ構成のセンスアンプを有し、
前記ダミー・メインマッチ判定回路と前記複数のメインマッチ判定回路がセンスアンプ・イネーブル信号線で接続され、
前記ダミー・メインマッチ判定回路は、検索動作に際し、前記複数のメインマッチ判定回路と同じタイミングおよび駆動能力で前記ダミー・メインマッチ線を前記センスアンプの論理しきい値より高い電圧に充電し、前記充電を停止後、前記ダミー・メインマッチ線の電荷が、前記複数のダミー・サブマッチ判定回路内の所定のダミー・サブマッチ判定回路によって放電されることで前記センスアンプの論理しきい値より低い電圧になった段階で前記センスアンプの起動信号を発生することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
A dummy main match line arranged in parallel with the plurality of word lines;
A plurality of dummy sub-match lines provided corresponding to the dummy main match lines, and arranged in parallel with the dummy main match lines;
A plurality of dummy submatch determination circuits respectively connected between the plurality of dummy submatch lines and the dummy main match line;
A dummy main match determination circuit connected to the dummy main match line,
The plurality of dummy submatch determination circuits are configured to simulate the plurality of submatch determination circuits,
The dummy main match determination circuit has a sense amplifier having the same configuration as the plurality of main match determination circuits,
The dummy main match determination circuit and the plurality of main match determination circuits are connected by a sense amplifier enable signal line,
The dummy main match determination circuit charges the dummy main match line to a voltage higher than a logical threshold value of the sense amplifier at the same timing and driving capability as the plurality of main match determination circuits during a search operation, After the charging is stopped, the charge on the dummy main match line is discharged by a predetermined dummy sub-match determination circuit in the plurality of dummy sub-match determination circuits to a voltage lower than the logical threshold value of the sense amplifier. A semiconductor device characterized by generating a start signal for the sense amplifier at this stage.
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