JP6062578B2 - 3値連想メモリ(tcam)のための静的nandセル - Google Patents

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Description

[0001]本開示は、一般に、3値連想メモリ(TCAM)に関する。より詳細には、本開示は、TCAMのための静的NANDアーキテクチャに関する。
[0002]TCAMは、一般に、インターネットプロトコル(IP)アドレス転送のためにルータおよびイーサネット(登録商標)スイッチ中で使用される。記憶要素は、一般に、動的NOR/NANDタイプセルを使用するように設計される。
[0003]連想メモリ(CAM)は、読取り動作、書込み動作、および比較動作をサポートする。CAM中のエントリとしての同じ幅の(たとえば、ビット/ワード)の比較バスは、クロックエッジにおける入力である。比較バスのデータは、CAM中のあらゆるエントリと同時に比較される。すなわち、比較は平行して行われ、したがって、バスは、1つのクロックサイクル中にCAM中のあらゆるエントリと比較され得る。エントリ中のあらゆるビットが比較バス中の対応するビットに一致するとき、エントリは一致となる。代替的に、エントリ中のいずれかのビットが比較バス中の対応するビットに一致しないとき、エントリは不一致となる。CAM中のエントリのビットは0または1である。
[0004]TCAMは、セルに記憶され得るマスク値を伴ったCAMと同様のものである。マスク値は、ローカルマスクと呼ばれることがある。マスク値は比較ビットと比較されず、したがって、比較結果は常に一致になる。
[0005]図1に、従来のTCAM100のアーキテクチャを示す。図1に示すように、「1101」などの探索ワードは、TCAM100のレジスタ150への入力である。探索ワードは、TCAMセル110に記憶された値と比較される。TCAMは、一般に、ステージごとに16個のTCAMセルを有する。探索は、TCAMセル110にわたって同時に行われる。TCAMセル110のコンテンツは、高ビット(1)、低ビット(0)、またはマスク値(X)であり得る。探索の前に、TCAMセルの各セット120〜126の一致ライン130〜136が高に設定される。一致ライン130〜136は、優先度エンコーダ140への入力である。TCAM100は、探索ワードラインに一致するTCAMセルのセットのアドレスを出力する(MLout)。探索が並列探索であるので、探索は、1クロックサイクルで完了し得る。マスク値は0または1であり得、依然として、本開示では、マスク値がXと呼ばれることがあることに留意されたい。
[0006]一例として、図1に示すように、TCAMセルの第1のセット120は、「1X01」に設定され、TCAMセルの第2のセット122は、「10X1」に設定され、TCAMセルの第3のセット124は、「11XX」に設定され、TCAMセルの第4のセット126は、「1X1X」に設定される。探索ビットとTCAMセルのコンテンツを比較するときに、TCAMセルのコンテンツがマスク値Xであるとき、比較は一致をもたらすことになる。したがって、図1に示す例によれば、TCAMセルの第1のセット120とTCAMセルの第3のセット124とは、レジスタ150中の探索ワードに一致する。したがって、TCAMセルの第1のセット120およびTCAMセルの第3のセット124の一致ライン130および134は一致を示し、優先度エンコーダ140は、TCAMセルの第1のセット120およびTCAMセルの第3のセット124のアドレスを出力する。
[0007]従来のTCAMアーキテクチャは、動的回路であり、高い動的消費電力を有する。場合によっては、TCAMは、動的NANDアーキテクチャを有し得る。他の場合には、TCAMは、動的NORアーキテクチャを有し得る。
[0008]動的NOR TCAMアーキテクチャでは、一致ラインは、高にプリチャージされ、不一致を示すために低を評価する。比較の大部分は不一致をもたらし、したがって、動的NORは、不一致を示すための高から低への切替えの結果として電力消費量が増加する。さらに、プリチャージ信号が各クロックサイクル中で各一致ラインによって使用されるので、動的NORは、複雑なタイミング制御を有する。
[0009]図2に、従来の動的NOR TCAM200を示す。図2に示すように、動的NOR TCAM200は、キーセルKey0〜Keyn-1とマスクセルMask0〜Maskn-1とを含む。一般に、図2のNOR TCAM200などのNOR TCAMは、16個のキーセルとマスクセルとを有し得る。データは、探索ライン(SL0〜SLn-1およびSL0#〜SLn-1#)を介して入力される。データは、キーセルKey0〜Keyn-1とマスクセルMask0〜Maskn-1とに記憶された値と比較される。一致ラインMLNORは、プルアップトランジスタ202からのプリチャージラインPRE#を介して高にプリチャージされる。探索ライン(SL0〜SLn-1およびSL0#〜SLn-1#)のうちの1つを介して入力されたデータと、セルKey0〜Keyn-1、Mask0〜Maskn-1のうちの1つに記憶されたデータとの間に不一致があるとき、一致ラインMLNORは低を評価することになる。セルKey0〜Keyn-1、Mask0〜Maskn-1のすべての値が入力データに一致すると、一致ラインは高にとどまる。
[0010]キーセルKey0〜Keyn-1の構造は、拡大されたキーセル220に示されており、マスクセルMask0〜Maskn-1の構造は、拡大されたマスクセル222に示されている。拡大されたキーセル220に示すように、キーセルKey0〜Keyn-1は、SRAMセルを介して実装される。比較動作中に、キーバーK#は、探索ラインSLとの論理積がとられる。キーセルKey0〜Keyn-1は、ビットラインBLKと、ビットラインバーBLK#と、ワードラインWLKとを含む。
[0011]拡大されたマスクセル222に示すように、マスクセルMask0〜Maskn-1は、SRAMセルを介して実装される。比較動作中に、マスクバーM#は、探索ラインバーSL#との論理積がとられる。マスクセルMask0〜Maskn-1は、ビットラインBLMと、ビットラインバーBLM#と、ワードラインWLMとを含む。
[0012]表1は、動的NAND TCAMのための真理値表を示す。表1に、マスクセル(M)、キーセル(K)、および探索ライン(SLおよびSL#)の値に基づいた一致ラインの値を示す。状態が、記憶要素(キーセルおよびマスクセル)の状態を指すことに留意されたい。キービットが0の値を有するとき、状態は0であり、キービットが1の値を有するとき、状態は1であり、マスクビットとキービットとの両方が1であるとき、状態はXである。Xの状態は、一致も不一致もない、むしろ、探索ラインの値とマスクセルおよびキーセルの値との間の比較がないマスク状態を指す。したがって、一致ラインは、常に一致を示す。
Figure 0006062578
[0013]表1に示すように、キービットと探索ラインとが異なる値を有するとき、一致ラインは、0(低)になり、不一致を示すことになる。同様に、マスクビットと探索ラインバーの両方が異なる値を有するとき、一致ラインは、0になり、不一致を示すことになる。すなわち、キービットが0であり(たとえば、キービットバー(K#)が1であり)、探索ラインが1であるとき、またはマスクビットが0であり(たとえば、マスクビットバー(M#)が1であり)、探索ラインバーが1であるとき、プルダウントランジスタは、一致ラインを低に引き下げるためにアクティブ化されることになる。さらに、キービットと探索ラインとが同じ値を有するとき、一致ラインは、1(高)になり、一致を示すことになる。同様に、マスクビットと探索ラインバーの両方が同じ値を有するとき、一致ラインは、1になり、一致を示すことになる。さらに、マスクビットとキービットの両方が1であるとき、状態はXである。すなわち、一致ラインは、探索ラインの値にかかわらず、高にとどまり、一致を示すことになる。
[0014]上記で説明したように、動的NOR TCAMでは、一致ラインと探索ラインとは、あらゆるサイクルの始めに高にプリチャージされ、一致ラインは、不一致を示すために低を評価する。TCAMでのセルの比較の大部分は不一致をもたらす。したがって、不一致を示すときの高から低への切替えの結果として、動的NOR TCAMの電力消費量は増加する。場合によっては、一致ラインは、電力消費量を低減するために、低にプリディスチャージされ得る。依然として、その結果、一致ラインがプリディスチャージされたときでも、プリチャージ動作は、あらゆるサイクルの始めに一致ラインをチャージする。したがって、一致ラインのプリチャージは、電力消費量の増加さらには制御回路の増加につながる。
[0015]動的NAND TCAMアーキテクチャでは、一致ラインは、高にプリチャージされ、一致を示すために低を評価する。すなわち、プリチャージ信号は、一致ラインを高に設定するために、あらゆるサイクル中に各マッチラインのために使用される。マスクセルまたはキーセルの状況に応じて、一致ラインは、低に引き下げられるか、または高にとどまり得る。各中間一致ラインは、マスクセルとキーセルとに関連付けられる。さらに、各キーセルは、XNOR論理をさらに含む。動的NAND TCAMは、直列動作を使用する。したがって、前の中間一致ライン(n−2)が一致を示すために低に引き下げられたとき、中間一致ライン(n−1)はディスチャージし得る(たとえば、探索ラインの値と比較し得る)。すなわち、動作は、一致があるとき、1つの中間一致ライン(n−2)から後続の中間一致ライン(n−1)に継続し、不一致があるとき、中間一致ラインを進行するのを停止する。
[0016]一致ライン評価中の従来の動的NAND TCAMの電力消費量は、直列動作のために従来の動的NOR TCAMの電力消費量よりも小さくなり得る。依然として、従来の動的NAND TCAMは、電荷共有から生じる誤りのために望ましくないことがある。
[0017]図3に、従来の動的NAND TCAM300を示す。図3に示すように、動的NANDアーキテクチャ300は、プルアップトランジスタ310からプリチャージラインPRE#によってチャージされる一致ライン出力MLNANDを含む。一致ライン出力MLNANDは、一連の中間一致ラインML0〜MLn-1に接続される。中間一致ラインML0〜MLn-1の各々は、並列に接続されたトランジスタ(たとえば、トランスミッションゲート)を介してマスクセルMask0〜Maskn-1およびキーセルKey0〜Keyn-1に結合される。並列に接続されたトランジスタは、キーセルKey0〜Keyn-1に結合されたキーNMOSトランジスタ303と、マスクセルMask0〜Maskn-1に結合されたマスクNMOSトランジスタ304とを含む。
[0018]マスクセルMask0〜Maskn-1のコンテンツは、拡大されたマスクセル333に示されている。拡大されたマスクセル333に示すように、マスクセルMask0〜Maskn-1は、マスク値Mと、マスク値バーM#と、マスクワードラインWLMと、マスクビットラインBLMと、マスクビットラインバーBLM#とを含むSRAMセルである。キーセルKey0〜Keyn-1のコンテンツは、拡大されたキーセル330に示されている。拡大されたキーセル330に示すように、キーセルKey0〜Keyn-1は、XNOR論理を用いるSRAMセルである。キーセルKey0〜Keyn-1は、探索ラインSLと、探索ラインバーSL#と、キービットラインBLKと、キービットラインバーBLK#と、キー値Kと、キーバー値K#と、キー書込みラインWLKと、出力ラインXNORとをさらに含む。
Figure 0006062578
[0019]動的NAND TCAMアーキテクチャでは、MLNANDは、高にプリチャージされ、一致を示すために低を評価する。マスクセルまたはキーセルの状況に応じて、MLNANDは、低に引き下げられるか、または高にとどまり得る。各中間一致ライン(ML0〜MLN-1)は、マスクセルとキーセルとに関連付けられる。動的NAND TCAMは、直列動作を使用し、したがって、前の中間一致ラインMLi-1が一致を示す場合、中間一致ラインMLiは、(キーセルとマスクセルとの値に応じて)低に引き下げられ得る。すなわち、一致があるとき、0(低中間一致ライン)は、1つの中間一致ラインMLiから後続の中間一致ラインMLi+1に伝搬する。さらに、不一致があるとき、0は、中間一致ラインを進行するのを停止する。したがって、現在の中間一致ラインMLiから後続の中間一致ラインMLi+1への0の伝搬はまた、前の一致ラインのすべてが一致を示したことを指定する。
[0020]中間一致ラインが直列に接続されるので、すべての中間一致ラインが評価されるまで、または不一致が決定されるまで、一致ライン出力MLNANDの状態は知られない。したがって、表2に示すように、不一致がまだ決定されていないとき、一致ライン出力MLNANDは0/1のいずれかになる。
[0021]現在の中間一致ラインMLiが一致を示すために低を評価するとき、動的NAND TCAMは、現在の中間一致ラインMLiから後続の中間一致ラインMLi+1にこの低値を伝搬する。現在の中間一致ラインMLiから後続の中間MLi+1への伝搬は、表2にオンスイッチとして示されている。さらに、不一致がまだ決定されていないので、一致ライン出力MLNANDは0/1のいずれかである。
[0022]現在の中間一致ラインMLiが不一致を示すために高にとどまるとき、動的NAND TCAMは、現在の中間一致ラインMLiから後続の中間MLi+1に伝搬しない。したがって、表2は、現在の中間一致ラインMLiが不一致を示すとき、伝搬をオフとして示す。より詳細には、現在の中間一致ラインが不一致を示すとき、後続の中間一致ラインの動作は停止する。
[0023]表2において、XNORの値は、キーセルからの出力の値を表す。XNORが0であるとき、不一致が示される。MLiなどの現在の中間一致ラインは、不一致のために高にとどまる。XNORが1であるとき、一致が示され、一致があるとき(現在の中間一致ラインの左側の中間一致ラインも低に引き下げられた場合)、MLiなどの現在の中間一致ラインが低に引き下げられる。最後に、表2において、状態は、記憶要素(キーセルおよびマスクセル)の状態を指す。キーセルが0の値を有するとき、状態は0であり、キーセルが1の値を有するとき、状態は1であり、マスクセルが0であるとき、状態はXである。すなわち、Xの状態の場合、マスクセルが0であるとき、マスクNMOSトランジスタ304は、XNOR値にかかわらず、有効化される。より詳細には、Xの状態は、一致も不一致もない、むしろ、探索ラインの値とキーセルの値との間の比較がないマスク状態を指す。
[0024]場合によっては、ディープNMOSスタックをもつ従来の動的NAND TCAMは、電荷共有により機能しないことがある。図4に、ディープNMOSスタックをもつ動的NANDの例を示す。プリチャージサイクル中に、すべての中間一致ライン接合キャパシタンスCJ0〜CJ3が低にディスチャージされ得る。評価サイクル中に、MLNANDは、高にプリチャージされ、動的ノードキャパシタンスCMLが、中間一致ライン接合キャパシタンスCJのうちの1つまたは複数に露出され、1つまたは複数の中間一致ライン接合キャパシタンスCJと電荷を共有する。電荷共有の結果として、一致ライン出力MLNANDの電圧レベルは、次のインバータのしきい値電圧を下回り、誤動作をトリガし得る。
[0025]TCAMの速度は、NMOSスタックの深度の増加とともに増加し得る。依然として、動的NANDの速度は、上述の電荷共有障害により制限される。したがって、動的NOR TCAMは、動的NAND TCAMの速度よりも速い速度で実行し得る。場合によっては、電荷共有から生じる障害を緩和するために、中間接合キャパシタンスCJは、VDD−Vtの電圧レベルにプリチャージされ得、ここで、VDDが供給レベルであり、Vtがしきい値電圧である。依然として、中間接合キャパシタンスをプリチャージすることは、エリアの増加と追加のタイミング複雑さにより望ましくないことがある。他の場合には、電荷共有から生じる障害を緩和するために、探索ラインは、動的であり、NMOSスタックを通してVDD−Vtの電圧レベルを伝搬するためにあらゆるサイクルで高にプリチャージされ得る。それにもかかわらず、探索ラインをプリチャージすることは、それが動的電力ソリューションであり、遅延を増加するので望ましくないことがある。
[0026]本開示の一態様によれば、静的3値連想メモリ(TCAM)が提示される。静的TCAMは、第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとに結合されたキーセルを含む。静的TCAMはまた、第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとに結合されたマスクセルを含む。第1のプルダウントランジスタと第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、第1のプルアップトランジスタと第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される。静的TCAMは、第1のプルダウントランジスタと第2のプルダウントランジスタとに結合され、第1のプルアップトランジスタと第2のプルアップトランジスタとにさらに結合された一致ライン出力とをさらに含む。
[0027]本開示の別の態様によれば、静的TCAM内の方法が提示される。本方法は、第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとにおいてキーセルの出力を受信することを含む。本方法はまた、第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとにおいてマスクセルの出力を受信することを含む。第1のプルダウントランジスタと第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、第1のプルアップトランジスタと第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される。本方法は、キーセルの出力とマスクセルの出力とに少なくとも部分的に基づいて一致ライン出力を設定することをさらに含む。
[0028]さらに別の態様によれば、静的TCAMが提示される。静的TCAMは、第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとに結合された探索値を比較するための第1の手段を含む。静的TCAMはまた、第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとに結合された探索値を比較するための第2の手段を含む。第1のプルダウントランジスタと第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、第1のプルアップトランジスタと第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される。静的TCAMは、第1のプルダウントランジスタと第2のプルダウントランジスタとに結合され、第1のプルアップトランジスタと第2のプルアップトランジスタとにさらに結合された一致ライン出力とをさらに含む。
[0029]ここでは、以下の発明を実施するための形態がより良く理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点についてやや広く概説した。以下で、本開示の追加の特徴および利点について説明する。本開示は、本開示の同じ目的を実行するための他の構造を変更または設計するための基礎として容易に利用され得ることを、当業者は了解されたい。また、そのような等価な構成は、添付の特許請求の範囲に記載の本開示の教示から逸脱しないことを、当業者は諒解されたい。さらなる目的および利点とともに、本開示の編成と動作の方法の両方に関して、本開示を特徴づけると考えられる新規の特徴は、添付の図に関連して以下の説明を検討するとより良く理解されよう。ただし、図の各々は、例示および説明のみの目的で与えたものであり、本開示の限界を定めるものではないことを明確に理解されたい。
[0030]本開示の特徴、性質、および利点は、図面とともに、以下に記載する詳細な説明を読めばより明らかになろう。
[0031]TCAMメモリシステムを示す図。 [0032]従来技術の動的NORアーキテクチャを示す図。 [0033]従来技術の動的NANDアーキテクチャを示す図。 従来技術の動的NANDアーキテクチャを示す図。 [0034]本開示の一態様による、静的NANDアーキテクチャを示す図。 [0035]本開示の一態様による、方法のブロック図。 [0036]本開示の構成が有利に採用され得る例示的なワイヤレス通信システムを示す図。 [0037]本開示の一態様による、半導体構成要素の回路、レイアウト、および論理設計のために使用される設計ワークステーションを示すブロック図。
[0038]添付の図面に関して以下に記載する発明を実施するための形態は、様々な構成を説明するものであり、本明細書で説明する概念が実施され得る構成のみを表すものではない。発明を実施するための形態は、様々な概念の完全な理解を与えるための具体的な詳細を含む。ただし、これらの概念はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、そのような概念を不明瞭にしないように、よく知られている構造および構成要素をブロック図の形式で示す。
[0039]本開示の態様は、一致ラインをプリチャージせず、タイミング制御回路の複雑さを低減する静的NAND TCAMを提供する。本開示によれば、一致ライン(ML)は各サイクルの前にプリチャージされないので、静的NAND TCAMは、一致ラインプリチャージのために複雑なタイミング制御回路を使用しない。一致ラインは、中間一致ラインML0〜MLn-1と一致ライン出力MLNANDとを含む。さらに、静的実装形態は、電荷共有問題の可能性を低減する。
[0040]図5に、本開示の一態様による、静的NAND TCAM500のアーキテクチャを示す。図5に示すように、一致ライン出力MLNANDは、一連の中間一致ラインML0〜MLn-1に接続される。中間一致ラインML0〜MLn-1の各々は、マスクNMOSトランジスタ504などの第1のプルダウントランジスタを介してマスクセルMask0〜Maskn-1に結合され、キーNMOSトランジスタ502などの第2のプルダウントランジスタを介してキーセルKey0〜Keyn-1に結合される。プルダウントランジスタは、並列に接続される。マスクセルMask0〜Maskn-1のコンテンツは、拡大されたマスクセル522に示されている。拡大されたマスクセル522に示すように、マスクセルMask0〜Maskn-1は、マスクビットMと、マスクビットバーM#と、マスクワードラインWLMと、マスクビットラインBLMと、マスクビットラインバーBLM#とを含むSRAMセルである。キーセルKey0〜Keyn-1のコンテンツは、拡大されたキービットセル520に示されている。拡大されたキービットセル520に示すように、キーセルKey0〜Keyn-1は、XNOR論理を用いるSRAMセルである。キーセルKey0〜Keyn-1は、探索ラインSLと、探索ラインバーSL#と、キービットラインBLKと、キービットラインバーBLK#と、キービットKと、キービットバーK#と、キー書込みラインWLKと、出力ラインXNORとをさらに含む。
[0041]さらに、キーセルKey0〜Keyn-1の各々は、第1のPMOSトランジスタ512に結合され、マスクセルMask0〜Maskn-1の各々は、第2のPMOSトランジスタ514に結合される。各第1のPMOSトランジスタ512は、XNORライン(XNOR0〜XNORn-1)を介してそれぞれのキーセルKey0〜Keyn-1に結合され、各第2のPMOSトランジスタ514は、マスクビットラインバー(M0#〜Mn-1#)を介してそれぞれのマスクセルMask0〜Maskn-1に結合される。第1のPMOSトランジスタ512と第2のPMOSトランジスタ514とはまた、一致ライン出力(MLNAND)に結合される。第1のPMOSトランジスタ512と第2のPMOSトランジスタ514とは、直列に接続され、直列PMOSトランジスタと呼ばれることがある。したがって、本開示の一態様によれば、各セルペア(たとえば、1つのマスクセルおよび1つのキーセル)は、並列NMOSトランジスタ(たとえば、キーNMOSトランジスタ502およびマスクNMOSトランジスタ504)と直列PMOSトランジスタ(たとえば、第1のPMOSトランジスタ512および第2のPMOSトランジスタ514)とに結合される。
[0042]第1のPMOSトランジスタ512と第2のPMOSトランジスタ514とが各セルペアに結合されるので、一致ラインは、各クロックサイクルの前にプリチャージされない。したがって、静的NAND TCAM500は、複雑なタイミング制御方式を使用せず、動的NAND TCAM(図3)と比較して、より多くの電力を節約する。さらに、中間一致ラインはVDD〜Vtの電圧レベルにプリチャージされず、それによって、探索ラインのためのエリアの減少と電力消費量の減少とをもたらす。
[0043]表3に、本開示の一態様による、静的NANDのための真理値表を示す。
Figure 0006062578
[0044]前に説明したように、現在の中間一致ラインの左側の中間一致ラインのすべてが一致を示すために低を評価するときにのみ、MLiなどの現在の中間一致ラインが低に引き下げられるので、静的NAND TCAMは直列動作である。同様に、現在の中間一致ラインMLiが低を評価する場合にのみ、後続の中間一致ラインMLi+1は低に引き下げられ得る。すなわち、1つの中間一致ラインが不一致を示す場合、後続の一致ライン(その1つの中間一致ラインの右側の中間一致ライン)は低に引き下げられない。より詳細には、前の中間一致ラインのすべてが一致を示すために低を評価するときにのみ、MLi+1などの後続の中間一致ラインが低に引き下げられ得る。
[0045]さらに、静的NAND TCAMでは、動的NAND TCAMとは対照的に、一致ライン出力MLNANDが直列PMOSトランジスタ(たとえば、第1のPMOSトランジスタ512および第2のPMOSトランジスタ514)に接続されるので、不一致があるとき、MLNAND値は浮動小数点値でなく、むしろ、直列PMOSトランジスタは、不一致を示すために一致ライン出力MLNANDを高に引き上げる。さらに、中間一致ラインは、直列に接続され、すべての一致ラインが評価されるまで、または不一致が決定されるまで、一致ライン出力MLNANDの状態は知られない。したがって、表3に示すように、出力がまだ知られていない場合、不一致がまだ決定されていないとき、一致ライン出力MLNANDは0/1のいずれかになる。
[0046]さらに、表3に示すように、XNORが1であるか、またはマスクビット(M)が0であるかのいずれかのとき、現在の中間一致ラインMLiから後続の中間一致ラインMLi+1への伝搬(MLi→MLi+1への伝搬)はアクティブ化し得る(オン)。すなわち、XNORが1であるとき、キーNMOSトランジスタ502が、アクティブ化され、一致を示すために現在の中間一致ラインMLiを低に引き下げる。代替的に、マスクビット(M)が0であるとき、マスクセルのマスクビットバー(M#)は、1になり、マスクNMOSトランジスタ504は、アクティブ化され、一致を示すために現在の中間一致ラインMLiを低に引き下げる。表3に示すように、マスクビットが0であるとき、状態、キービット、および探索ラインなどの他の値にかかわらず、現在の中間が一致を示すために低に引き下げることになるので、他の変数の状態はXである。より詳細には、Xの状態は「無関心」状態であり、一致も不一致もない、むしろ、探索ラインの値とキーセルの値との間の比較がないマスク状態を指す。
[0047]さらに、XNORが0であり、マスクビット(M)が1であるとき、不一致が示される。表3には示されていないが、マスクビットが1であるとき、マスクビットバー(M#)は0であり、その逆も同様である。すなわち、XNORが0であるとき、XNORライン(XNOR0〜XNORn-1)も0である。さらに、マスクビットバーが0である(たとえば、マスクビットが1である)とき、マスクビットバーライン(M0#〜Mn-1#)は0である。したがって、XNORラインとマスクビットバーラインの両方が0であるとき、第1のPMOSトランジスタ512と第2のPMOSトランジスタ514とが有効化され、一致ライン出力(MLNAND)が高に設定される。前に説明したように、一致ラインが高であるとき、不一致が示される。
[0048]最後に、表3において、状態は、記憶要素(キーセルおよびマスクセル)の状態を指す。キーセルが0の値を有するとき、状態は0であり、キーセルが1の値を有するとき、状態は1であり、マスクセルが0であるとき、状態はXである。すなわち、Xの状態の場合、マスクセルが0であるとき、マスクNMOSトランジスタ504は、XNOR値にかかわらず、有効化され、中間一致ラインを低に引き下げる。
[0049]図6に、TCAM内の方法600のブロック図を示す。図6に示すように、ブロック602において、キーセル出力は、第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとにおいて受信される。ブロック604において、マスクセル出力は、第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとにおいて受信される。さらに、ブロック606において、マッチライン出力は、キーセルの出力および/またはマスクセルの出力に基づいて設定される。
[0050]図7に、有利には本開示の一実施形態が採用され得る例示的なワイヤレス通信システム700を示す。説明のために、図7に、3つのリモートユニット720、730、および750と、2つの基地局740とを示す。ワイヤレス通信システムはより多くのリモートユニットおよび基地局を有し得ることを認識されよう。リモートユニット720、730、および750は、静的NAND TCAM725A、725B、および725Cを用いるマルチコアプロセッサを含む。図7に、基地局740およびリモートユニット720、730、および750からの順方向リンク信号770と、リモートユニット720、730、および750から基地局740への逆方向リンク信号780とを示す。
[0051]図7では、リモートユニット720は携帯電話として示され、リモートユニット730はポータブルコンピュータとして示され、リモートユニット750はワイヤレスローカルループシステム中の固定ロケーションリモートユニットとして示されている。たとえば、リモートユニットは、セルフォン、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、個人情報端末などのポータブルデータユニット、またはメーター読取り機器などの固定ロケーションデータユニットであり得る。図7は、本開示の教示による、静的NAND TCAM725A、725B、および725Cを用いるマルチコアプロセッサを採用し得るリモートユニットを示すが、本開示は、これらの例示的な図示されたユニットに限定されない。たとえば、本開示の態様による静的NAND TCAMを用いるマルチコアプロセッサは、任意のデバイスにおいて適切に採用され得る。
[0052]図8は、上記で開示した静的NAND TCAMを用いるマルチコアプロセッサなど、半導体構成要素の回路、レイアウト、および論理設計のために使用される設計ワークステーションを示すブロック図である。設計ワークステーション800は、オペレーティングシステムソフトウェア、サポートファイル、およびCadenceまたはOrCADなどの設計ソフトウェアを含んでいる、ハードディスク801を含む。設計ワークステーション800はまた、回路810、または静的NAND TCAMなどの半導体構成要素812の設計を容易にするためのディスプレイ802を含む。回路設計810または半導体構成要素812を有形に記憶するための記憶媒体804が提供される。回路設計810または半導体構成要素812は、GDSIIまたはGERBERなど、ファイル形式で記憶媒体804に記憶され得る。記憶媒体804は、CD−ROM、DVD、ハードディスク、フラッシュメモリ、または他の適切なデバイスであり得る。さらに、設計ワークステーション800は、記憶媒体804から入力を受け付けるか、または記憶媒体804に出力を書き込むためのドライブ装置803を含む。
[0053]記憶媒体804に記録されたデータは、論理回路構成、フォトリソグラフィマスクのためのパターンデータ、または電子ビームリソグラフィなどのシリアル書込みツールのためのマスクパターンデータを指定し得る。データは、論理シミュレーションに関連するタイミング図またはネット回路など、論理検証データをさらに含み得る。記憶媒体804にデータを与えることにより、半導体ウエハを設計するためのプロセスの数が減少するので、回路設計810または半導体構成要素812の設計が容易になる。
[0054]一構成では、TCAMは、受信手段と設定手段とを含む。受信手段および設定手段は、記憶手段によって具陳される機能を実行するように構成されたキーセル、ビットセル、中間一致ライン、一致ライン出力、並列プルアップトランジスタ、および/または直列プルダウントランジスタであり得る。
[0055]特定の回路について説明したが、開示する実施形態を実施するために、開示する回路のすべてが必要とされるとは限らないことを、当業者は諒解されよう。さらに、本開示への集中を維持するために、いくつかのよく知られている回路については説明していない。
[0056]本明細書で説明する方法は、適用例に応じて様々な手段によって実装され得る。たとえば、これらの方法は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ハードウェア実装の場合、処理ユニットは、1つまたは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、デジタル信号処理デバイス(DSPD)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明した機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはそれらの組合せの中で実装され得る。
[0057]ファームウェアおよび/またはソフトウェア実装の場合、本方法は、本明細書で説明した機能を実行するモジュール(たとえば、プロシージャ、関数など)を用いて実装され得る。命令を有形に実施するいかなる機械またはコンピュータ可読媒体も、本明細書で説明した方法を実装する際に使用され得る。たとえば、ソフトウェアコードは、メモリに記憶され、プロセッサによって実行され得る。実行ソフトウェアコードは、プロセッサによって実行されたときに、本明細書で提示した教示の異なる態様の様々な方法および機能を実装する動作環境を生成する。メモリは、プロセッサの内部またはプロセッサの外部に実装され得る。本明細書で使用する「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリのいずれかのタイプを指し、メモリの特定のタイプまたはメモリの数、あるいはメモリが記憶される媒体のタイプに限定されるべきではない。
[0058]本明細書で説明した方法および機能を定義するソフトウェアコードを記憶する機械またはコンピュータ可読媒体は、物理コンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM(登録商標)、CD−ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を備えることができる。本明細書で使用するディスク(disk)および/またはディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイ(登録商標)ディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
[0059]コンピュータ可読媒体上での記憶に加えて、命令および/またはデータは、通信装置中に含まれる伝送媒体上の信号として与えられ得る。たとえば、通信装置は、命令とデータとを示す信号を有するトランシーバを含み得る。命令およびデータは、1つまたは複数のプロセッサに、特許請求の範囲で概説する機能を実装させるように構成される。
[0060]本教示およびそれらの利点について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって規定される本教示の技術から逸脱することなく様々な変更、置換および改変を本明細書で行うことができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書で説明するプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の態様に限定されるものではない。当業者なら本開示から容易に諒解するように、本明細書で説明する対応する態様と実質的に同じ機能を実行するか、または実質的に同じ結果を達成する、現存するかまたは後で開発される、プロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップは本教示に従って利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内にそのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップを含むものとする。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
静的3値連想メモリ(TCAM)であって、
第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとに結合されたキーセルと、
第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとに結合されたマスクセルと、前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される、
前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとに結合され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとにさらに結合された一致ライン出力と
を備える、TCAM。
[C2]
前記マスクセルは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)ビットセルである、
[C1]に記載のTCAM。
[C3]
前記キーセルは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)セルとXNOR論理とを含む、
[C1]に記載のTCAM。
[C4]
前記第1のプルダウントランジスタと前記第1のプルアップトランジスタとに結合された前記XNOR論理の出力をさらに備える、
[C3]に記載のTCAM。
[C5]
前記キーセルへの探索ライン入力をさらに備える、
[C1]に記載のTCAM。
[C6]
前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとに結合された中間一致ラインをさらに備える、
[C1]に記載のTCAM。
[C7]
静的3値連想メモリ(TCAM)内の方法であって、
第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとにおいてキーセルの出力を受信することと、
第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとにおいてマスクセルの出力を受信することと、前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される、
前記キーセルの前記出力と前記マスクセルの前記出力とに少なくとも部分的に基づいて一致ライン出力を設定することと
を備える方法。
[C8]
前記一致ライン出力を設定することは、
前記キーセルの前記出力が一致を示すとき、前記第1のプルダウントランジスタを介して、低値に前記一致ライン出力を設定することと、
前記マスクセルの前記出力が前記一致を示すとき、前記第2のプルダウントランジスタを介して、前記低値に前記一致ライン出力を設定することと、
前記マスクセルの前記出力と前記キーセルの前記出力とが不一致を示すとき、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとを介して、高値に前記一致ライン出力を設定することと
を備える、[C7]に記載の方法。
[C9]
前の探索値比較が一致であったことを中間一致ラインが示すとき、前記キーセルの値と前記マスクセルの値とを比較することをさらに備える、
[C7]に記載の方法。
[C10]
前記マスクセルは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)ビットセルである、
[C7]に記載の方法。
[C11]
前記キーセルは、
スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)セルとXNOR論理とを含む、
[C7]に記載の方法。
[C12]
静的3値連想メモリ(TCAM)であって、
第1のプルダウントランジスタと第1のプルアップトランジスタとに結合された探索値を比較するための第1の手段と、
第2のプルダウントランジスタと第2のプルアップトランジスタとに結合された前記探索値を比較するための第2の手段と、前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとは、並列に接続され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとは、直列に接続される、
前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとに結合され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとにさらに結合された一致ライン出力と
を備える、TCAM。
[C13]
前記第1の手段は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)ビットセルである、
[C12]に記載のTCAM。
[C14]
前記第2の手段は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)セルとXNOR論理とを含む、
[C12]に記載のTCAM。
[C15]
前記第1のプルダウントランジスタと前記第1のプルアップトランジスタとに結合された前記XNOR論理の出力をさらに備える、
[C14]に記載のTCAM。
[C16]
前記第2の手段への探索ライン入力をさらに備える、
[C12]に記載のTCAM。
[C17]
前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとに結合された中間一致ラインをさらに備える、
[C12]に記載のTCAM。

Claims (11)

  1. 静的3値連想メモリ(TCAM)を動作する方法であって、
    探索ビットとキービットとの比較に基づいて比較出力を生成するためにキーセルを動作することと、
    前記比較出力が前記探索ビットと前記キービットとの間の一致を示すことに応じて、導通するように第1のプルダウントランジスタを、および、導通しないように第1のプルアップトランジスタを動作し、前記比較出力が前記探索ビットと前記キービットとの間の不一致を示すことに応じて、導通しないように前記第1のプルダウントランジスタを、および、導通するように前記第1のプルアップトランジスタを動作することと、
    マスク出力を生成するためにマスクセルを動作することと、
    前記マスク出力がアサートされることに応じて、導通するように第2のプルダウントランジスタを、および、導通しないように第2のプルアップトランジスタを動作し、前記マスク出力がデアサートされることに応じて、導通しないように前記第2のプルダウントランジスタを、および、導通するように前記第2のプルアップトランジスタを動作することと
    を備え、前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとは、一致ライン出力と第1の供給電圧端子との間で並列に接続され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとは、第2の供給電圧端子と前記一致ライン出力との間で直列に接続される、
    方法。
  2. 前記一致ライン出力を設定することは、
    前記キーセルの前記比較出力が一致を示すとき、前記第1のプルダウントランジスタを介して前記一致ライン出力を低値に設定することと、
    前記マスクセルの前記マスク出力がアサートされるとき、前記第2のプルダウントランジスタを介して前記一致ライン出力を前記低値に設定することと、
    前記マスクセルの前記マスク出力がデアサートされ、かつ、前記キーセルの前記比較出力が不一致を示すとき、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとを介して前記一致ライン出力を高値に設定することと、
    を備える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記キーセルの前記比較出力または前記マスクセルの前記マスク出力は、前の探索値比較が不一致であったことを中間一致ラインが示すとき、前記一致ライン出力に影響を及ぼさない、請求項1に記載の方法。
  4. 前記マスクセルは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)ビットセルである、請求項1に記載の方法。
  5. 前記キーセルは、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)セルとXNOR論理とを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 静的3値連想メモリ(TCAM)であって、
    探索ビットとキービットとの比較に基づいて比較出力を生成するため第1の手段、ここにおいて、前記比較出力が前記探索ビットと前記キービットとの間の一致を示すことに応じて、第1のプルダウントランジスタは導通し、第1のプルアップトランジスタは導通せず、前記比較出力が前記探索ビットと前記キービットとの間の不一致を示すことに応じて、前記第1のプルダウントランジスタは導通せず、前記第1のプルアップトランジスタは導通する、と、
    マスク出力を生成するための第2の手段と
    を備え、前記マスク出力がアサートされることに応じて、第2のプルダウントランジスタは導通し、第2のプルアップトランジスタは導通せず、前記マスク出力がデアサートされることに応じて、前記第2のプルダウントランジスタは導通せず、前記第2のプルアップトランジスタは導通し、前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとは、一致ライン出力と第1の供給電圧端子との間で並列に接続され、前記第1のプルアップトランジスタと前記第2のプルアップトランジスタとは、第2の供給電圧端子と前記一致ライン出力との間で直列に接続される、
    TCAM。
  7. 前記第2の手段は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)ビットセルである、請求項に記載のTCAM。
  8. 前記第1の手段は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)セルとXNOR論理とを含み、前記XNORの出力は、前記比較出力を生成するように構成される、請求項に記載のTCAM。
  9. 前記XNOR論理の前記出力は、前記第1のプルダウントランジスタと前記第1のプルアップトランジスタとに結合される、請求項に記載のTCAM。
  10. 前記第1の手段によって前記探索ビットを受信するために探索ライン入力をさらに備える、請求項に記載のTCAM。
  11. 前記第1のプルダウントランジスタと前記第2のプルダウントランジスタとに結合された中間一致ラインをさらに備える、請求項に記載のTCAM。
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