JP2013200920A - 不揮発機能メモリ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の接続点に一端を接続されるとともにそれぞれのゲートが第1及び第2のサーチラインに接続された選択用の第1及び第2MOSトランジスタと、該第1及び該第2MOSトランジスタの他端にそれぞれその一端が接続され、その他端がビットライン又はGNDに接続されている第2の接続点に接続されたスピン注入型の第1及び第2のMTJ素子と、該第1及び該第2のMTJ素子のそれぞれの一端に接続されるとともにそのゲートがそれぞれワードラインに接続され、MTJ素子への書き込みを行う第3及び第4MOSトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置された第5MOSトランジスタと、該第1の接続点と該第5MOSトランジスタのゲートとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセル及び不揮発TCAMワード回路。
【選択図】図1
Description
このTCAMは、トランジスタとMTJ素子を組み合わせた構成であるため、原理的に最少の2トランジスタで構成でき、コンパクト化が可能である。また、不揮発記憶機能により静的電力をほぼゼロにできることから、待機時の消費エネルギーもほぼゼロにすることが可能である。
図5は、多ビット並列検索動作を可能にした不揮発TCAMセルの構成を示す。このセルは、図4に示すセルにPMOS電流源負荷トランジスタ、ダイオード接続トランジスタ、及び書込みトランジスタを追加することによって、多ビット並列検索動作を可能にしている。
図5及び図6に示すセルは、CMOS構成のTCAMセルと同等の検索速度を有しているが、検索期間中はセル毎に定常的な電流を流す必要があるため、動的電力が高くなってしまう問題点がある。このため、動作時のエネルギー消費(動的電力×遅延時間)が大きくなってしまう。
TCAMの課題をすべて満たすためには、コンパクト性と不揮発性に加え、動作時のエネルギー消費を最小限に抑えることが重要となる。動作時の動的電力のオーバヘッドは現状のMTJ素子の特性上必然的に起こるものだと考えると、遅延時間を短縮することがエネルギー消費低減に必須な課題となる。
したがって、本発明は、遅延時間を短縮した不揮発TCAMセル及び不揮発TCAMワード回路を提供することを課題とする。
(1)直列接続されたスピン注入型のMTJ素子と選択用のMOSトランジスタとが並列に接続されている不揮発性記憶部と検索用演算部とが一体化した比較演算回路部と、該比較演算回路部における各MTJ素子への書き込みを行うトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置されたパストランジスタと、該比較演算回路部の出力と該パストランジスタとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセル。
(2)各上記選択用のMOSトランジスタは、各上記MTJ素子への書き込みを行うトランジスタをそれぞれ兼用していることを特徴とする(1)に記載の不揮発TCAMセル。
(3)第1の接続点に一端を接続されるとともにそれぞれのゲートが第1及び第2のサーチラインに接続された選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタと、該第1MOSトランジスタ及び該第2MOSトランジスタの他端にそれぞれその一端が接続され、その他端がビットライン又はGNDに接続されている第2の接続点に接続されたスピン注入型の第1のMTJ素子及び第2のMTJ素子と、該第1のMTJ素子及び該第2のMTJ素子のそれぞれの一端に接続されるとともにそのゲートがそれぞれワードラインに接続され、MTJ素子への書き込みを行う第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置された第5MOSトランジスタと、該第1の接続点と該第5MOSトランジスタのゲートとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセル。
(4)第1の接続点に一端を接続されるとともにそれぞれのゲートが第1及び第2のサーチラインに接続された選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタと、該第1MOSトランジスタ及び該第2MOSトランジスタの他端にそれぞれその一端が接続され、その他端がビットライン又はGNDに接続されている第2の接続点に接続されたスピン注入型の第1のMTJ素子及び第2のMTJ素子と、該第1のMTJ素子及び該第2のMTJ素子のそれぞれの一端に接続されるとともにそのゲートがそれぞれワードラインに接続され、MTJ素子への書き込みを行う第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置された第5MOSトランジスタと、該第1の接続点と該第5MOSトランジスタのゲートとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセルであって、
各選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタは、各MTJ素子への書き込みを行うトランジスタをそれぞれ兼用していることを特徴とする不揮発TCAMセル。
(5)マッチラインに並列接続した複数個の(1)ないし(4)のいずれかに記載の不揮発TCAMセルと、マッチラインの充電・放電を制御するPrecharge/Evaluateコントローラと、書込みコントローラとを備えた不揮発TCAMワード回路。
図1は、本発明の不揮発TCAMセルの構成を示す。セル内にセンスアンプを組み込むことで、一致検出回路部の微小信号差をフル振幅の電圧信号として出力する。この出力電圧信号はマッチラインとGND間のパストランジスタのゲート端子に接続されている。
各々のセル内に組み込まれたセンスアンプは、一致検出回路部の微小信号差を正常に判定できなければならない。本発明に係る不揮発TCAMセルでは、各々のセル毎にセンスアンプが組み込まれており、1ビットセルの信号差(抵抗差)のみを検出できればよいので、センスアンプでの検出マージンの確保は比較的容易である。
したがって、差動形センスアンプのような大きな面積を必要とするセンスアンプを用いることなく、コンパクトなシングルエンド形センスアンプで十分に演算結果を検出することができる。
図3に、図1の不揮発TCAMセルと同等機能を保持しながら、トランジスタ数を削減した不揮発TCAMセルの構成を示す。
図1の不揮発TCAMセルにおける書込みトランジスタを排除し、一致検出回路部とセンスアンプ部のトランジスタで書込みトランジスタの機能を兼用することで、トランジスタ数を削減している。
Claims (5)
- 直列接続されたスピン注入型のMTJ素子と選択用のMOSトランジスタとが並列に接続されている不揮発性記憶部と検索用演算部とが一体化した比較演算回路部と、該比較演算回路部における各MTJ素子への書き込みを行うトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置されたパストランジスタと、該比較演算回路部の出力と該パストランジスタとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセル。
- 各上記選択用のMOSトランジスタは、各上記MTJ素子への書き込みを行うトランジスタをそれぞれ兼用していることを特徴とする請求項1に記載の不揮発TCAMセル。
- 第1の接続点に一端を接続されるとともにそれぞれのゲートが第1及び第2のサーチラインに接続された選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタと、該第1MOSトランジスタ及び該第2MOSトランジスタの他端にそれぞれその一端が接続され、その他端がビットライン又はGNDに接続されている第2の接続点に接続されたスピン注入型の第1のMTJ素子及び第2のMTJ素子と、該第1のMTJ素子及び該第2のMTJ素子のそれぞれの一端に接続されるとともにそのゲートがそれぞれワードラインに接続され、MTJ素子への書き込みを行う第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置された第5MOSトランジスタと、該第1の接続点と該第5MOSトランジスタのゲートとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセル。
- 第1の接続点に一端を接続されるとともにそれぞれのゲートが第1及び第2のサーチラインに接続された選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタと、該第1MOSトランジスタ及び該第2MOSトランジスタの他端にそれぞれその一端が接続され、その他端がビットライン又はGNDに接続されている第2の接続点に接続されたスピン注入型の第1のMTJ素子及び第2のMTJ素子と、該第1のMTJ素子及び該第2のMTJ素子のそれぞれの一端に接続されるとともにそのゲートがそれぞれワードラインに接続され、MTJ素子への書き込みを行う第3MOSトランジスタ及び第4MOSトランジスタと、マッチラインとGNDとの間に配置された第5MOSトランジスタと、該第1の接続点と該第5MOSトランジスタのゲートとの間に配置されたセンスアンプとを備えた不揮発TCAMセルであって、
選択用の第1MOSトランジスタ及び第2MOSトランジスタは、各MTJ素子への書き込みを行うトランジスタをそれぞれ兼用していることを特徴とする不揮発TCAMセル。 - マッチラインに並列接続した複数個の請求項1ないし4のいずれか1項に記載の不揮発TCAMセルと、マッチラインの充電・放電を制御するPrecharge/Evaluateコントローラと、書込みコントローラとを備えた不揮発TCAMワード回路。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014038340A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | 日本電気株式会社 | 不揮発性連想メモリ及びその動作方法 |
JP2015185196A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 国立大学法人東北大学 | 不揮発性連想メモリセル |
US9312006B2 (en) * | 2014-06-03 | 2016-04-12 | National Tsing Hua University | Non-volatile ternary content-addressable memory with resistive memory device |
JPWO2014038341A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2016-08-08 | 日本電気株式会社 | 不揮発性連想メモリ |
CN112885392A (zh) * | 2020-04-21 | 2021-06-01 | 中国科学院微电子研究所 | 一种存储单元、三值内容寻址存储器以及电子设备 |
US12009019B2 (en) | 2019-03-22 | 2024-06-11 | Tdk Corporation | Non-volatile associative memory cell, non-volatile associative memory device, monitoring method, and non-volatile memory cell |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002061755A1 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Content addressable magnetic random access memory |
US20080084724A1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-10 | Jean-Pierre Nozieres | System and Method for Providing Content-Addressable Magnetoresistive Random Access Memory Cells |
US20100110744A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Crocus Technology Sa | Ternary content addressable magnetoresistive random access memory cell |
WO2010137573A1 (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | 日本電気株式会社 | 不揮発性cam |
US8023299B1 (en) * | 2009-04-09 | 2011-09-20 | Netlogic Microsystems, Inc. | Content addressable memory device having spin torque transfer memory cells |
JP2012089205A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Renesas Electronics Corp | 連想記憶装置 |
JP2012190530A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-10-04 | Tohoku Univ | 不揮発機能メモリ装置 |
WO2014208051A1 (ja) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 日本電気株式会社 | 連想メモリセル及び連想メモリ |
-
2012
- 2012-03-26 JP JP2012068832A patent/JP6004465B2/ja active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002061755A1 (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Motorola, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware | Content addressable magnetic random access memory |
US20080084724A1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-10 | Jean-Pierre Nozieres | System and Method for Providing Content-Addressable Magnetoresistive Random Access Memory Cells |
JP2010506341A (ja) * | 2006-10-06 | 2010-02-25 | クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム | 連想磁気抵抗ランダムアクセスメモリセルを提供するためのシステム及び方法 |
US20100110744A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Crocus Technology Sa | Ternary content addressable magnetoresistive random access memory cell |
JP2010113795A (ja) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Crocus Technology Sa | 三値連想磁気抵抗ランダムアクセスメモリセル |
US8023299B1 (en) * | 2009-04-09 | 2011-09-20 | Netlogic Microsystems, Inc. | Content addressable memory device having spin torque transfer memory cells |
WO2010137573A1 (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | 日本電気株式会社 | 不揮発性cam |
JP2012089205A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Renesas Electronics Corp | 連想記憶装置 |
JP2012190530A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-10-04 | Tohoku Univ | 不揮発機能メモリ装置 |
WO2014208051A1 (ja) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 日本電気株式会社 | 連想メモリセル及び連想メモリ |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6013055366; N. Sakimura, et al.: 'MRAM Cell Technology for Over 500-MHz SoC' IEEE Journal of Solid-State Circuits Vol.42,No.4, 200704, pp.830-838, IEEE * |
JPN6016005454; 勝俣 翠、他3名: '完全並列形不揮発TCAM向けワード回路の構成' 平成22年度 電気関係学会東北支部連合大会 講演論文集 , 20110610, P285, 電気関係学会東北支部連合大会実行委員会 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014038340A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | 日本電気株式会社 | 不揮発性連想メモリ及びその動作方法 |
US9299435B2 (en) | 2012-09-06 | 2016-03-29 | Nec Corporation | Nonvolatile content addressable memory and method for operating same |
JPWO2014038341A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2016-08-08 | 日本電気株式会社 | 不揮発性連想メモリ |
JPWO2014038340A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2016-08-08 | 日本電気株式会社 | 不揮発性連想メモリ及びその動作方法 |
JP2015185196A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 国立大学法人東北大学 | 不揮発性連想メモリセル |
US9312006B2 (en) * | 2014-06-03 | 2016-04-12 | National Tsing Hua University | Non-volatile ternary content-addressable memory with resistive memory device |
US12009019B2 (en) | 2019-03-22 | 2024-06-11 | Tdk Corporation | Non-volatile associative memory cell, non-volatile associative memory device, monitoring method, and non-volatile memory cell |
CN112885392A (zh) * | 2020-04-21 | 2021-06-01 | 中国科学院微电子研究所 | 一种存储单元、三值内容寻址存储器以及电子设备 |
CN112885392B (zh) * | 2020-04-21 | 2022-12-27 | 中国科学院微电子研究所 | 一种存储单元、三值内容寻址存储器以及电子设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6004465B2 (ja) | 2016-10-05 |
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