KR100530540B1 - 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법 - Google Patents

내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법 Download PDF

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KR100530540B1 KR10-2004-0031839A KR20040031839A KR100530540B1 KR 100530540 B1 KR100530540 B1 KR 100530540B1 KR 20040031839 A KR20040031839 A KR 20040031839A KR 100530540 B1 KR100530540 B1 KR 100530540B1
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Abstract

본 발명은 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법에 관한 것으로서, 내용 주소화 메모리의 검색 동작에서 계층적으로 선택된 특정 블록만이 활성화되도록 검색 데이터를 두 개의 필드로 나누어 한 필드의 결과로는 블록을 선택하고 나머지 하나의 필드로는 선택된 블록 내에서 최종 검색을 진행함으로써 저전력으로 검색을 수행할 수 있기 때문에 대용량의 내용 주소화 메모리 장치를 제조할 수 있고 또한 칩에서 발생하는 열을 처리하기 위한 패키지를 쓰지 않아도 되기 때문에 내용 주소화 메모리 장치의 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 데이터의 검색과정을 계층화하여 검색할 때 각 필드간의 프리차지 시간과 검색 시간을 중첩시킴으로써 시간적인 손실 없이 검색이 가능한 이점이 있다.

Description

내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법{CONTENT ADDRESSABLE MEMORY AND SEARCH METHOD THEREOF}
본 발명은 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내용 주소화 메모리 장치의 검색 동작에서 계층적으로 선택된 특정 블록만이 활성화되도록 검색 데이터를 두 개의 필드로 나누어 한 필드의 결과로는 블록을 선택하고 나머지 하나의 필드로는 선택된 블록 내에서 최종 검색을 진행함으로써 저전력 검색이 가능하도록 할 뿐만 아니라 검색시 각 필드간의 프리차지 시간과 검색 시간을 중첩시킴으로써 시간적인 손실 없이 검색이 가능하도록 한 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법에 관한 것이다.
일반적인 메모리는 정확한 주소를 알아야만 그 내용에 접근할 수 있지만 내용 주소화 메모리 장치(Content Addressable Memory ; 이하 "CAM"이라 함)는 정확한 주소를 몰라도 내용의 일부 데이터를 CAM에 가하면 그 내용과 관련된 데이터들이 위치해 있는 주소를 찾아줄 수 있는 기능을 갖는 메모리이다. 따라서 많은 데이터에서 특정 내용을 탐색할 경우 주어진 내용과 일치하는 데이터와 관련된 데이터를 단번에 찾을 수 있는 특유의 빠른 검색 특성 때문에 CAM을 이용한 IP 주소 룩업 방법들이 제안된 것이고, 데이터 검색 엔진에 많이 이용되고 있는 것이다.
또한, CAM에 저장되는 데이터는 정렬되어 있을 필요가 없어 엔트리를 추가하거나 삭제하는 등의 메모리 관리도 매우 간편하고 효율적으로 할 수 있는 장점이 있다.
그러나, CAM에서 고속 검색을 위해서는 모든 데이터 셀과 모든 뱅크들을 한꺼번에 활성화시켜야 하기 때문에 전력 소모가 대단히 크고 이로 인해 고용량의 CAM의 제작에도 장애물이 된다.
따라서, 저전력 검색을 위한 종래의 기술 중에는 데이터를 몇 개의 영역으로 나누어 순차적인 검색을 수행해서 소비전력을 줄이는 방법이 있긴 하지만 저전력을 위해서 검색시간을 희생시키기 때문에 성능의 감소를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 파이프라인 구조를 이용하면 작업량(throughput)은 증가시킬 수 있으나 이 경우에도 모든 스테이지는 동작을 수행하고 있기 때문에 전력 소모 면에서는 이득을 볼 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 내용 주소화 메모리 장치의 검색 동작에서 계층적으로 선택된 특정 블록만이 활성화되도록 검색 데이터를 두 개의 필드로 나누어 한 필드의 결과로는 블록을 선택하고 나머지 하나의 필드로는 선택된 블록 내에서 최종 검색을 진행함으로써 저전력 검색이 가능하도록 할 뿐만 아니라 검색시 각 필드간의 프리차지 시간과 검색 시간을 중첩시킴으로써 시간적인 손실 없이 검색이 가능하도록 한 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, 내용 주소화 메모리 장치에 저장되는 (m)비트의 데이터 중에서 공통적으로 중복되는 (k)비트의 데이터를 저장하기 위한 메인뱅크와, 메인뱅크에 대응되며 메인뱅크에 저장되는 (k)비트 이후의 (m-k)비트의 데이터를 저장하기 위한 서브뱅크와, 메인뱅크에 저장되지 않는 (m)비트의 데이터를 저장하기 위한 여분뱅크로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 메인뱅크에 대응되는 서브뱅크의 개수는 메인뱅크에 저장된 (k)비트의 데이터 개수와 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 여분뱅크를 (k)비트와 (m-k)비트로 분리하여 (k)비트의 데이터가 메인뱅크에 포함된 것을 특징으로 한다.
이때, 메인뱅크의 워드개수는 서브뱅크의 개수와 여분뱅크의 워드개수를 합한 수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크는 서로 다른 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크는 모두 같은 타입의 셀로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 메인뱅크는 NOR 타입이나 NAND 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 서브뱅크와 여분뱅크는 NAND 타입이나 NOR 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크는 프리차지와 검색동작을 수행하는 셀들로 구성된 것을 특징으로 하며 그 종류나 구현 방식에는 제한을 두지 않는다.
또한, 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법은 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크 구조를 갖는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, (m)비트의 검색데이터를 입력받는 단계와, 서브뱅크와 여분뱅크가 프리차지되는 동안 입력된 (m)비트의 검색데이터에서 (k)비트만을 메인뱅크에서 검색하는 단계와, 메인뱅크에서 매치되는 결과가 있을 경우 매치된 해당 데이터에 대응되는 서브뱅크에서 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m-k)비트만을 검색하는 단계와, 메인뱅크에서 매치되는 결과가 없을 경우 여분뱅크에서 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m)비트를 검색하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법은 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크로 이루어지되 여분뱅크의 (k)비트가 메인뱅크에 포함된 구조를 갖는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, (m)비트의 검색데이터를 입력받는 단계와, 서브뱅크와 여분뱅크가 프리차지되는 동안 입력된 (m)비트의 검색데이터에서 (k)비트만을 메인뱅크에서 검색하는 단계와, 메인뱅크에서 매치된 해당 데이터에 대응되는 서브뱅크와 여분뱅크에서 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m-k)비트만을 검색하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같이 이루어진 본 발명은 내용 주소화 메모리 장치의 구조를 공통적으로 중복되는 데이터를 메인뱅크에 저장하고, 그 외의 데이터를 메인뱅크의 저장된 데이터에 대응되는 서브뱅크나 여분뱅크에 저장되는 구조로 형성함으로써 메인뱅크에서 매칭된 데이터에 대응되는 서브뱅크나 여분뱅크만을 활성화함으로써 저전력 검색이 가능하도록 할 뿐만 아니라 서브뱅크가 프리차지되는 동안 메인뱅크에서 검색을 수행하고 수행된 결과에 따라 메인뱅크가 프리차지되는 동안 서브뱅크나 여분뱅크에서 검색을 수행함으로써 시간적인 손실없이 검색을 수행할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 구조를 간략하게 나타낸 구조도이다.
여기에 도시된 바와 같이 CAM에 데이터를 저장하기 위한 공간을 크게 3가지 종류의 영역으로 분류하고, 저장되는 데이터 중에서 공통적으로 반복이 많은 부분은 메인뱅크(10)에 저장하고, 나머지 데이터들은 서브뱅크(20)에 저장한다.
그리고, 공통적인 반복을 보이지 않거나 적게 반복되는 데이터들은 여분뱅크(30)에 저장된다.
이때 모든 CAM의 모든 셀을 크게 NAND 타입과 NOR 타입으로 나누거나 또는 다이나믹(dynamic) CAM과 스태틱(static) CAM 등으로 구분지어질 수 있는데 종래의 구조에서 CAM에서는 한 가지 종류의 셀만을 사용했지만 본 발명에서는 하나의 CAM을 구성하는데 있어서 여러 종류의 셀을 활용함으로써 더욱 고성능을 꾀할 수 있다.
즉, 매치라인에 프리차지 시간이 짧은 경우 메인뱅크(10)는 빠른 검색과정을 위해 NOR 타입과 같이 소비전력은 크지만 고속검색을 수행할 수 있는 셀을 사용할 수 있고, 서브뱅크(20)나 여분뱅크(30)는 대부분의 데이터를 저장하고 있기 때문에 셀의 면적이 작은 다이나믹 CAM이나 저전력 검색 특성을 보여주는 NAND 타입으로 구성할 수 있다.
또한, (k)나 (m)의 값이나 워드의 개수에 따라 NOR 타입과 NAND 타입을 선택적으로 달리 사용할 수도 있다.
또는 타이밍 조건을 만족한다면 셀 개발의 편의를 위해 동일한 셀을 이용하여 구성할 수도 있다.
위와 같이 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크로 분류되어 저장되는 예를 도 2에 도시된 CAM의 계층적 구조에 데이터가 저장되는 예를 나타낸 예시도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
(a)에 도시된 룩업테이블(lookup table)의 데이터 중에서 '143'과 '203'으로 시작하는 데이터들이 공통적으로 중복되고 있다. 이때 이들 '143'과 '203' 값들은 (b)와 같이 하나로 뭉쳐져 관리될 수 있어 (c)에 도시된 바와 같이 메인뱅크(10)에 저장된다. 그리고, '143' 이후의 데이터들 '128.179.103', '128.201.*', ……은 메인뱅크 '143'에 대응되는 서브뱅크(20)에 저장되고, '203' 이후의 데이터들 '238,268,123', '128.*.*', ……은 '203'에 대응되는 서브뱅크(20)에 저장된다.
하지만, '201' 이나 '31' 또는 '69'로 시작하는 데이터처럼 공통적으로 반복되지 않거나 그 개수가 너무 적은 데이터들은 여분뱅크(30)에 저장되어 관리된다.
이와 같이 공통적으로 많이 존재하는, '143' 또는 '203'과 같은 형태의 데이터가 2개밖에 없기 때문에 메인뱅크(10)는 2개의 워드(word)로 구성될 수 있다. 따라서, 전체 CAM은 1개의 메인뱅크(10)와 2개의 서브뱅크(20)와 1개의 여분뱅크(30)를 갖는 구조로 구성될 수 있게 된다.
이렇게 구성된 CAM에서 검색 명령이 수행되는 경우 메인뱅크(10)의 데이터 내용부터 검색이 시작된다. 만약 '203.238.268.123'이라는 데이터를 검색하는 경우 메인뱅크(10)의 2번째 워드에서 매치(match)가 발생하게 되고 이 신호는 다른 뱅크들은 활성화시키지 않고 2번째 서브뱅크(20)를 활성화시키는 데에만 이용함으로써 저전력 검색을 수행할 수 있게 된다. 그리고, 최종 데이터를 찾아내기 위해서는 '203'을 제외한 나머지 데이터로 2번째 서브뱅크(20)에서 검색을 계속하게 되고 원하는 데이터를 찾을 수 있게 된다.
이렇게 구성된 CAM에서의 검색방법을 도 3에 도시된 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법이 수행되는 타이밍도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
즉, 메인뱅크를 위한 추가적인 동작시간을 없애기 위한 동작 방법으로 프리차지시간과 검색시간을 중첩하여 진행하는 동작을 나타내고 있다.
검색명령이 수행되기 시작하면 모든 서브뱅크와 여분뱅크의 매치라인들은 (b)에 도시된 파형처럼 프리차지(PCG)와 검색(Eval)을 수행하면서 검색 결과를 생성하게 된다. 이때 메인뱅크는 (a)에 도시된 파형처럼, 서브뱅크와 여분뱅크가 프리차지 동작을 수행할 때에 검색과정을 수행해서 서브뱅크와 여분뱅크의 검색동작시 메인뱅크에 대응되는 어떤 서브뱅크나 여분뱅크가 활성화될 것인지를 알려준다. 그러면 (b)에 도시된 파형처럼 선택된 서브뱅크나 여분뱅크가 검색과정을 수행하는 동안 메인뱅크는 다시 프리차지를 수행하게 된다.
이렇게 서브뱅크나 여분뱅크와 메인뱅크의 프리차지와 검색과정 동작을 엇갈리게 함으로써 추가적인 시간을 필요로 하지 않고도 메인뱅크를 동작시켜 부분적인 뱅크의 활성화를 실현할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법에 의한 검색동작시 메인뱅크에서 매치가 일어나 서브뱅크가 선택되어 검색되는 과정을 나타낸 예시도이고, 도 5는 매치가 일어나지 않아 여분뱅크가 선택되어 검색되는 과정을 나타낸 예시도이다.
CAM에서 검색하기 위한 (m)비트의 검색데이터(40)가 입력되면서 검색명령이 수행되기 시작하면 서브뱅크(20)와 여분뱅크(30)가 프리차지 하는 동안 메인뱅크(10)에서는 검색과정이 완료된다(S10)). 메인뱅크의 워드(word)의 개수는 전체 CAM의 서브뱅크의 개수와 동일한 값을 가진다.
따라서, 전체 (m)비트의 검색데이터(40) 중에서 공통적으로 반복되는 (k)비트를 이용하여 메인뱅크(10)에서 검색과정을 수행하여 매치될 경우 활성화될 서브뱅크(20)를 지시하면(S12) 선택된 서브뱅크(20)에서만 (m-k)비트의 검색데이터가 전송되어 최종 데이터를 검색하게 된다(S14).
만약 메인뱅크(10)의 워드에서 (k)비트의 검색데이터(40)가 매치되지 않았을 경우 메인뱅크의 'Mis'로 표시된 블록에서 여분뱅크(30)의 활성화 신호를 생성하여 여분뱅크를 활성화시키고(S16) (m)비트의 검색데이터(40)가 여분뱅크(30)에서 검색과정을 수행하게 된다(S18).
이와 같은 과정은 여분뱅크(30)의 검색시간이 서브뱅크의 검색시간보다 길어서 추가적인 시간 손실이 발생하는 것처럼 보이지만 종래의 방법에서도 (m)비트의 검색데이터(40)는 검색시간 동안 수행되는 것이므로 종래의 방법과 동작시간을 동일하다.
또한, 여분뱅크(30)의 검색시간을 서브뱅크(20)와 동일하게 하여 전체적인 검색 시간을 줄이기 위해서 도 6과 같이 여분뱅크 일부를 메인뱅크에 포함시킨 내용 주소화 메모리 장치의 구조와 검색과정을 나타낸 예시도를 참조하여 설명한다.
즉, 여분뱅크(30)에 저장되는 (m)비트를 (k)비트와 (m-k)비트를 나누어 (k)비트를 메인뱅크(10)에 포함하여 저장하고 여분뱅크(30)는 (m-k)비트로 구성한다.
이때 메인뱅크(10)의 워드개수는 서브뱅크(20)의 개수와 여분뱅크(30)의 워드개수를 합한 수가 된다.
따라서, 서브뱅크(20)와 여분뱅크(30)의 프리차지 시간동안 메인뱅크(10)에서 각 서브뱅크(20)에서 공통적으로 쓰이는 (k)비트 외에 여분뱅크(30)의 (k)비트 데이터도 함께 검색됨으로써 여분뱅크(30)가 선택될 경우 (m-k)비트만을 여분뱅크(30)에서 검색하기 때문에 여분뱅크(30)에서 (m)비트를 검색하는 검색시간 보다 검색시간을 더욱 줄일 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 내용 주소화 메모리의 검색 동작에서 계층적으로 선택된 특정 블록만이 활성화되도록 검색 데이터를 두 개의 필드로 나누어 한 필드의 결과로는 블록을 선택하고 나머지 하나의 필드로는 선택된 블록 내에서 최종 검색을 진행함으로써 저전력으로 검색을 수행할 수 있기 때문에 대용량의 내용 주소화 메모리 장치를 제조할 수 있고 또한 칩에서 발생하는 열을 처리하기 위한 패키지를 쓰지 않아도 되기 때문에 내용 주소화 메모리 장치의 제조 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 데이터의 검색과정을 계층화하여 검색할 때 각 필드간의 프리차지 시간과 검색 시간을 중첩시킴으로써 시간적인 손실 없이 검색이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 구조를 간략하게 나타낸 구조도이다.
도 2는 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치에 데이터가 저장되는 예를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법이 수행되는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법에 의한 검색동작시 메인뱅크에서 매치가 일어나 서브뱅크가 선택되어 검색되는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법에 의한 검색동작시 메인뱅크에서 매치가 일어나지 않아 여분뱅크가 선택되어 검색되는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해 여분뱅크 일부를 메인뱅크에 포함시킨 내용 주소화 메모리 장치의 구조와 검색과정을 나타낸 예시도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
10 : 메인뱅크 20 : 서브뱅크
30 : 여분뱅크 40 : 검색데이터

Claims (10)

  1. 내용 주소화 메모리 장치에 있어서,
    내용 주소화 메모리 장치에 저장되는 (m)비트의 데이터 중에서 공통적으로 중복되는 (k)비트의 데이터를 저장하기 위한 메인뱅크와,
    상기 메인뱅크에 대응되며 상기 메인뱅크에 저장되는 (k)비트 이후의 (m-k)비트의 데이터를 저장하기 위한 서브뱅크와,
    상기 메인뱅크에 저장되지 않는 (m)비트의 데이터를 저장하기 위한 여분뱅크로 구성된 것
    을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메인뱅크에 대응되는 상기 서브뱅크의 개수는 상기 메인뱅크에 저장된 (k)비트의 데이터 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 여분뱅크를 (k)비트와 (m-k)비트로 분리하여 (k)비트의 데이터가 상기 메인뱅크에 포함된 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 메인뱅크의 워드개수는 서브뱅크의 개수와 여분뱅크의 워드개수를 합한 수인 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 메인뱅크와 상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크는 서로 다른 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 메인뱅크와 상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크는 모두 같은 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인뱅크는 NOR 타입 또는 NAND 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크는 NAND 타입이나 NOR 타입의 셀로 구성된 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치.
  9. 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크 구조를 갖는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서,
    (m)비트의 검색데이터를 입력받는 단계와,
    상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크가 프리차지되는 동안 상기에서 입력된 (m)비트의 검색데이터에서 (k)비트만을 상기 메인뱅크에서 검색하는 단계와,
    상기 메인뱅크에서 매치되는 결과가 있을 경우 매치된 해당 데이터에 대응되는 상기 서브뱅크에서 상기 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m-k)비트만을 검색하는 단계와,
    상기 메인뱅크에서 매치되는 결과가 없을 경우 상기 여분뱅크에서 상기 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m)비트를 검색하는 단계
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법.
  10. 메인뱅크와 서브뱅크와 여분뱅크로 이루어지되 여분뱅크의 (k)비트가 메인뱅크에 포함된 구조를 갖는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서,
    (m)비트의 검색데이터를 입력받는 단계와,
    상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크가 프리차지되는 동안 상기에서 입력된 (m)비트의 검색데이터에서 (k)비트만을 상기 메인뱅크에서 검색하는 단계와,
    상기 메인뱅크에서 매치된 해당 데이터에 대응되는 상기 서브뱅크와 상기 여분뱅크에서 상기 메인뱅크가 프리차지되는 동안 (m-k)비트만을 검색하는 단계
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 내용 주소화 메모리 장치의 검색방법.
KR10-2004-0031839A 2004-05-06 2004-05-06 내용 주소화 메모리 장치 및 그 검색방법 KR100530540B1 (ko)

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