TWI785787B

TWI785787B - 內容定址記憶體(cam)晶胞，cam記憶體裝置及其操作方法

Info

Publication number: TWI785787B
Application number: TW110133791A
Authority: TW
Inventors: 曾柏皓; 李峯旻; 李明修
Original assignee: 旺宏電子股份有限公司
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-12-01
Also published as: TW202312171A

Abstract

本案提供內容定址記憶體(CAM)晶胞，CAM記憶體裝置及其操作方法。CAM晶胞包括：複數個並聯快閃記憶體晶胞，該內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合。

Description

內容定址記憶體(CAM)晶胞，CAM記憶體裝置及其操作方法

本發明係有關於一種內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)晶胞，記憶體裝置及其操作方法，且特別有關於一種可用於實現NOR快閃記憶體內搜尋(In-memory searching,IMS)系統的內容定址記憶體(CAM)晶胞，記憶體裝置及其操作方法。

隨著大數據與人工智慧(AI)硬體加速器的興起，資料搜尋與資料比對是重要功能。現有的三元內容定址記憶體(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)可用於實現高度平行搜尋(highly parallel searching)。

傳統上，TCAM晶胞可由靜態隨取記憶體(SRAM)晶胞所實現。但SRAM晶胞包括16個電晶體，故而，漏電流較大。非發揮性記憶體(NVM)，例如自旋轉移矩磁阻式隨機存取記憶體(Spin-transfer torque Magneto resistive Random Access Memory(MRAM))、相變型記憶體(phase change memory, PCM)、電阻式RAM(ReRAM)、鐵電場效電晶體(Ferroelectric FET(FeFET))等，已用於實現緊湊CAM，因為其非揮發性與高記憶體密度。然而，該些現有CAM設計通常只利用單階晶胞(single-level cell,SLC)非揮發性記憶體。此外，這些非揮發性記憶體的導通電流/關閉電流比(on/off ratio)也太小，將會影響匹配準確性，故而不適用於長字元搜尋設計。

故而，需要有一種內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)晶胞，記憶體裝置及其操作方法，當用於實現NOR快閃記憶體內搜尋(In-memory searching,IMS)系統時，可提供高匹配準確性且適用於長字元搜尋設計。

根據本案一實例，提出一種內容定址記憶體晶胞，包括：複數個並聯快閃記憶體晶胞，該內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合。

根據本案另一實例，提出一種內容定址記憶體裝置，包括：複數個內容定址記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞包括複數個並聯快閃記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於各該些內容定址記憶體晶胞之該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合；複數條搜尋線，耦接至該些內容定址記憶體晶胞；複數條匹配線，耦接至該些內容定址記憶體晶胞；複數個感應放大器，耦接至該些匹配線；以及一解碼器，耦接至該些感應放大器，其中，當透過該些搜尋線施加複數個搜尋電壓至該些內容定址記憶體晶胞時，該些感應放大器感應該些匹配線上的複數個匹配電壓以產生複數個感應結果；根據該些感應結果，該解碼器產生一匹配位址，該匹配位址指示一搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞的個別位址。

根據本案更一實例，提出一種內容定址記憶體裝置之操作方法，包括：程式化複數個內容定址記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞包括複數個並聯的快閃記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於各該些內容定址記憶體晶胞之該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合，該些內容定址記憶體晶胞更耦接至複數個匹配線；施加複數個搜尋電壓至該些內容定址記憶體晶胞；感應該些複數個匹配線上的複數個匹配電壓以產生複數個感應結果；以及根據該些感應結果，產生一匹配位址，該匹配位址指示一搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞的個別位址。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100、600:內容定址記憶體晶胞

T1-T3:電晶體

TS1-TS3:啟動電晶體

SA:感應放大器

400、500:CAM記憶體裝置

ML1_1-MLm_2:匹配線

SL1_1-SLn_2、SL1-SLn:搜尋線

410:解碼器

C1_1-C3_4、D1_1-D2_4:內容定址記憶體晶胞

910-940:步驟

第1圖顯示根據本案第一實施例的內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)晶胞及其操作示意圖。

第2圖顯示根據本案第二實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

第3圖顯示根據本案第三實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

第4A圖顯示根據第四實施例的CAM記憶體裝置的電路示意圖，第4B圖顯示根據第四實施例的CAM記憶體裝置的操作示意圖。

第5A圖顯示根據第五實施例的CAM記憶體裝置的電路示意圖，第5B圖顯示根據第五實施例的CAM記憶體裝置的操作示意圖。

第6圖顯示根據本案第六實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

第7圖顯示根據本案第七實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

第8圖顯示根據本案第八實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

第9圖顯示根據本案第九實施例之內容定址記憶體裝置之操作方法。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

第一實施例

請參照第1圖，顯示根據本案第一實施例的內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)晶胞及其操作示意圖。如第1圖所示，本案第一實施例的內容定址記憶體晶胞100例如但不受限於為，可儲存兩位元的多階CAM(multi-level CAM)。

內容定址記憶體晶胞100包括：並聯的複數個快閃記憶體晶胞(例如是電晶體T1與T2)，其中，該些快閃記憶體晶胞例如但不受限於為，浮接閘極記憶體晶胞(floating gate memory cell)、矽-氧化物-氮化物-氧化物-矽(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon，SONOS)記憶體晶胞、浮點記憶體晶胞(floating dot memory cell)、自旋轉移矩磁阻式隨機存取記憶體晶胞(Spin-transfer torque Magneto resistive Random Access Memory(MRAM)cell)、相變型記憶體晶胞(phase change memory,PCM cell)、電阻式RAM晶胞(ReRAM cell)、鐵電場效電晶體記憶體晶胞(Ferroelectric FET(FeFET)memory cell)、導電橋接隨機存取記憶體晶胞(conductive-bridging RAM(CBRAM)cell)等。

電晶體T1的三端分別耦接至第一搜尋線SL1_1、第一匹配線ML1_1與接地端。相似地，電晶體T2的三端分別耦接至第二搜尋線SL1_2、第二匹配線ML1_2與接地端。

此外，電晶體T1與T2更分別耦接至啟動電晶體TS1 與TS2。啟動電晶體TS1的三端分別耦接至第一匹配線ML1_1、啟動電壓Vstart與充電電壓VM。相似地，啟動電晶體TS2的三端分別耦接至第二匹配線ML1_2、啟動電壓Vstart與充電電壓VM。充電電壓VM例如但不受限於為0.6V-0.8V。

於第1圖中，複數個感應放大器SA更分別耦接於第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2，以感應第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2的電壓。該些感應放大器SA的複數個感應結果可代表，第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2的電壓被保持或被放電。透過解碼該些感應放大器SA的該些感應結果可得知搜尋結果是匹配或不匹配。

當內容定址記憶體晶胞100開始搜尋操作之前，啟動電壓Vstart導通啟動電晶體TS1與TS2，以將第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2充電至充電電壓VM。當第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2被充電至充電電壓VM後，啟動電壓Vstart關閉啟動電晶體TS1與TS2。

下表顯示根據本案第一實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：01)(X：保持電壓；O：放電)

當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT1與VT1時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為00；當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT2與VT2時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為01；當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT3與VT3時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為10；以及，當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT4與VT4時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為11。此外，當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT4與VT1時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為XX(don’t care，不重要)。

於進行搜尋時，當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓(search voltage)為VS1與VS2時，搜尋資料(search data)為00，其中，搜尋資料代表所想要搜尋的資料；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2與VS3時，搜尋資料為01；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3與VS4時，搜尋資料為10；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4與VS5時，搜尋資料為11；以及，當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1與VS5時，搜尋資料為萬用字元(wildcard，WC)。

第1圖更顯示本案第一實例的VI曲線圖，其中，橫軸是閘極電壓VG，而縱軸是晶胞電流ID。在本案第一實例中，臨界電壓VT1、VT2、VT3與VT4的值例如但不受限於為，1V、2V、3V與4V。在本案一實例中，搜尋電壓VS1、VS2、VS3、VS4與VS5的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V、3.5V與4.5V。

底下以內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為01時(電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT2與VT2(以上例而言，為2V))，說明本案第一實施例的搜尋操作。當搜尋資料為00時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1(0.5V)與VS2(1.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS1(0.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T2為關閉，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被保持。同樣地，當搜尋資料為01時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)與VS3(2.5V))，電晶體 T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。同樣地，當搜尋資料為10時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)與VS4(3.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。同樣地，當搜尋資料為11時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)與VS5(4.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS5(4.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。

由上述說明可知，在本案第一實施例中，當第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被放電時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第一實施例的搜尋表(search table)。

如上表所示，當儲存資料為00且搜尋資料為00，第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被放電，代表搜尋結果為匹配；以及，當儲存資料為00且搜尋資料為01，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被放電，代表搜尋結果為不匹配。其餘可依此類推。當儲存資料為XX時，不論搜尋資料為00、01、10或11，第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被放電，代表搜尋結果為匹配。當搜尋資料為外卡(WC)時，不論儲存資料為00、01、10或11，第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被放電，代表搜尋結果為匹配。

在本案第一實施例中，第一電晶體T1的臨界電壓(亦可稱為第一臨界電壓)相同於第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)，第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)低於第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)，且當儲存資料為第一既定儲存資料(00)時，第一臨界電壓與第二臨界電壓為一最小臨界電壓值；當儲存資料為第二既定儲存資料(11)時，第一臨界電壓與第二臨界電壓為一最大臨界電壓值。當儲存資料為第三既定儲存資料(XX(don’t care))時，第一臨界電壓與第二臨界電壓之一為一最小臨界電壓值且第一臨界電壓與第二臨界電壓之另一為一最大臨界電壓值。

亦即，於本案第一實施例中，內容定址記憶體晶胞之儲存資料決定於第一臨界電壓與第二臨界電壓之組合。

第二實施例

請參照第2圖，顯示根據本案第二實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。底下將說明第二實施例不同於第一實施例之處。

在本案第二實例中，臨界電壓VT0、VT1、VT2、VT3與VT4的值例如但不受限於為，0V、1V、2V、3V與4V。在本案一實例中，搜尋電壓VS1、VS2、VS3與VS4的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V與3.5V。

下表顯示根據本案第二實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：01)(X：保持電壓；O：放電)

底下以內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為01時(電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT2與VT1)，說明本案第二實施例的搜尋操作。當搜尋資料為00時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1(0.5V)與VS1(0.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS1(0.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT1(為1V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1(0.5V)，電晶體T2為關閉，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被保持。當搜尋資料為01時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)與VS2(1.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT1(為1V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。當搜尋資料為10時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)與VS3(2.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT1(為1V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。同樣地，當搜尋資料為11時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)與VS4(3.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1 為VT2(為2V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT1(為1V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。

由上述說明可知，在本案第二實施例中，當第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被放電時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第二實施例的搜尋表。

此外，於本案第二實施例中，第一臨界電壓、第二臨界電壓、第一搜尋電壓與第二搜尋電壓的設定可以有不同設定。例如但不受限於，在本案第二實施例的變形例中，第一臨界電壓、第二臨界電壓、第一搜尋電壓與第二搜尋電壓的設定可如下表，其細節於此省略：

在本案第二實施例中，第一電晶體T1的臨界電壓(亦可稱為第一臨界電壓)高於第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)，第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)相同於第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)，且當搜尋資料為第一既定搜尋資料(00或11)時，第一搜尋電壓與第二搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當搜尋資料為第二既定搜尋資料(11或00)時，第一搜尋電壓與第二搜尋電壓為一最大搜尋電壓值。更甚者，當搜尋資料為第三既定搜尋資料(WC)時，第一搜尋電壓與第二搜尋電壓之一為一最小搜尋電壓值而第一搜尋電壓與第二搜尋電壓之另一為一最大搜尋電壓值。

亦即，於本案第二實施例中，當該儲存資料為一第一既定儲存資料時，第二臨界電壓為一最小臨界電壓值且第一臨界電壓高於該第二臨界電壓；以及當該儲存資料為一第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓為一最大臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓。

第三實施例

請參照第3圖，顯示根據本案第三實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。底下將說明第三實施例不同於第一實施例之處。

下表顯示根據本案第三實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：01)(X：保持電壓；O：放電)

在本案第三實施例中，當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT0與VT1時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為00；當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT1與VT2時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為01；當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT2與VT3時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為10；以及，當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT3與VT4時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為11。此外，當電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT0與VT4時，內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為XX(don’t care，不重要)。

於本案第三實施例中，於進行搜尋時，當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1與VS1時，搜尋資料為00；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2與VS2時，搜尋資料為01；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3與VS3時，搜尋資料為10；當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4與VS4時，搜尋資料為11；以及，當施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4與VS1時，搜尋資料為萬用字元(WC)。

在本案第三實例中，臨界電壓VT0、VT1、VT2、VT3與VT4的值例如但不受限於為，0V、1V、2V、3V與4V；搜尋電壓VS1、VS2、VS3與VS4的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V與3.5V。

底下以內容定址記憶體晶胞100的儲存資料為01時(電晶體T1與T2的臨界電壓VT_T1與VT_T2分別為VT1與VT2)，說明本案第三實施例的搜尋操作。當搜尋資料為00時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1(0.5V)與VS1(0.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT1(為1V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS1(0.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS1(0.5V)，電晶體T2為導通，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被放電。當搜尋資料為01時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)與VS2(1.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為 VT1(為1V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T1為導通，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被放電；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS2(1.5V)，電晶體T2為關閉，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被保持。當搜尋資料為10時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)與VS3(2.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT1(為1V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS3(2.5V)，電晶體T2為關閉，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被保持。同樣地，當搜尋資料為11時(施加至第一搜尋線SL1_1與第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)與VS4(3.5V))，電晶體T1的臨界電壓VT_T1為VT1(為1V)，而施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T1為關閉，所以，第一匹配線ML1_1的電壓被保持；以及，電晶體T2的臨界電壓VT_T2為VT2(為2V)，而施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓為VS4(3.5V)，電晶體T2為關閉，所以，第二匹配線ML1_2的電壓被保持。

由上述說明可知，在本案第三實施例中，當第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被保持時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被保持且第二匹配線ML1_2的電壓被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第三實施例的搜尋表。

如上表所示，當儲存資料為00且搜尋資料為00，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被保持，代表搜尋結果為匹配；以及，當儲存資料為00且搜尋資料為01，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被放電，代表搜尋結果為不匹配。其餘可依此類推。當儲存資料為XX時，不論搜尋資料為00、01、10或11，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被保持，代表搜尋結果為匹配。當搜尋資料為外卡(WC)時，不論儲存資料為00、01、10或11，第一匹配線ML1_1的電壓被放電且第二匹配線ML1_2的電壓被保持，代表搜尋結果為匹配。

在本案第三實施例中，第一電晶體T1的臨界電壓(亦可稱為第一臨界電壓)低於第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)，第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)相同於第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)，且當搜尋資料為第一既定搜尋資料(00)時，第一搜尋電壓與第二搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當搜尋資料為第二既定搜尋資料(11)時，第一搜尋電壓與第二搜尋電壓為一最大搜尋電壓值。

亦即，於本案第三實施例中，當該儲存資料為一第一既定儲存資料時，第一臨界電壓為一最小臨界電壓值且第二臨界電壓高於該第一臨界電壓；以及當該儲存資料為一第二既定儲存資料時，該第二臨界電壓為一最大臨界電壓值且該第二臨界電壓高於該第一臨界電壓。

由上述第一至第三實施例可知，該些並聯快閃記憶體晶胞之該些臨界電壓為相同；或者該些並聯快閃記憶體晶胞之一臨界電壓高於該些並聯快閃記憶體晶胞之一另一臨界電壓。

第四實施例

如第4A圖所示，根據第四實施例的CAM記憶體裝置400包括複數個內容定址記憶體晶胞100、複數條匹配線ML1_1-MLm_2(m為正整數)、複數條搜尋線SL1_1-SLn_2(n為正整數)、複數個感應放大器SA、複數個啟動電晶體TS1、TS2與解碼器410。其中，該些內容定址記憶體晶胞100可相同或相似於第一實施例、第二實施例與第三實施例的內容定址記憶體晶胞100。於本案第四實施例中，內容定址記憶體晶胞100的臨界電壓的設定可以相同或相似於第一實施例、第二實施例與第三實施例；以及，對該些搜尋線的搜尋電壓的設定可以相同或相似於第一實施例、第二實施例與第三實施例。故其細節於此省略。

該些內容定址記憶體晶胞100成陣列方式排列。耦接至匹配線ML1_1與ML1_2的該些2n個內容定址記憶體晶胞100的儲存資料形成一資料字元(Data word_1)，其餘可依此類推。耦接至該匹配線的任一電晶體為導通，該匹配線的電壓被放電；以及，耦接至該匹配線的所有電晶體皆為關閉，該匹配線的電壓被保持。

搜尋字元(search word)可透過該些搜尋線SL1_1-SLn_2而對該些內容定址記憶體晶胞100進行搜尋與比對。以第4A圖為例，一個搜尋字元包括2n個位元，各位元透過一條搜尋線而對該些內容定址記憶體晶胞100之一進行搜尋與比對。

解碼器410耦接至該些感應放大器SA，根據該些感應放大器SA的感應結果，解碼器410產生匹配位址MA，匹配位址MA指示搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞100的個別位址。

於第4A圖中，搜尋字元包括複數個搜尋資料；以及，資料字元包括儲存於複數個內容定址記憶體晶胞100內的複數個儲存資料。

為了解第四實施例的操作，請參照第4B圖。以臨界電壓設定與搜尋電壓設定如第一實施例所述，搜尋字元為[01001110]，第一資料字元(Data word 1)為[00010111]、第二資料字元(Data word 2)為[01001110]、第三資料字元(Data word 3)為[11011101]為例做說明，當知本案並不受限於此。

當以搜尋字元[01001110]對第一資料字元[00010111]進行搜尋時，內容定址記憶體晶胞C1_1的兩個電晶體皆為導通；內容定址記憶體晶胞C1_2的兩個電晶體皆為關閉；內容定址記憶體晶胞C1_3的兩個電晶體皆為導通；以及，內容定址記憶體晶胞C1_4的兩個電晶體皆為關閉。所以，匹配線ML1_1的電壓會被放電，且匹配線ML1_2的電壓會被放電。故而，當以搜尋字元[01001110]對第一資料字元[00010111]進行搜尋時，搜尋結果為不匹配。

相似地，當以搜尋字元[01001110]對第二資料字元[01001110]進行搜尋時，內容定址記憶體晶胞C2_1的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；內容定址記憶體晶胞C2_2的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；內容定址記憶體晶胞C2_3的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；以及，內容定址記憶體晶胞C2_4的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通。所以，匹配線ML2_1的電壓會被保持，且匹配線ML2_2的電壓會被放電。故而，當以搜尋字元[01001110]對第二資料字元[01001110]進行搜尋時，搜尋結果為匹配。

同理，當以搜尋字元[01001110]對第三資料字元[11011101]進行搜尋時，搜尋結果為不匹配。

第五實施例

如第5A圖所示，根據第五實施例的CAM記憶體裝置500包括複數個內容定址記憶體晶胞100、複數條匹配線ML1_1-MLm_2、複數條搜尋線SL1-SLn(n為正整數)、複數個感應放大器SA、複數個啟動電晶體TS1、TS2與解碼器410。其中，該些內容定址記憶體晶胞100可相同或相似於第一實施例、第二實施例與第三實施例的內容定址記憶體晶胞100。於本案第五實施例中，內容定址記憶體晶胞100的臨界電壓的設定可以相同或相似於第二實施例與第三實施例；以及，對該些搜尋線的搜尋電壓的設定可以相同或相似於第二實施例與第三實施例。故其細節於此省略。故而，於第五實施例中，各定址記憶體晶胞100的兩個快閃記憶體晶胞共享同一條搜尋線。相較之下，於第一至第四實施例中，各該些內容定址記憶體晶胞100的兩個快閃記憶體耦接至兩條搜尋線。所以，相較於第四實施例，第五實施例的CAM記憶體裝置500具有更高的記憶體密度。

為了解第五實施例的操作，請參照第5B圖。以臨界電壓設定與搜尋電壓設定如第二實施例所述，搜尋字元為[01001110]，第一資料字元(data word 1)為[01001110]、第二資料字元(data word 2)為[01111101]為例做說明，當知本案並不受限於此。

當以搜尋字元[01001110]對第一資料字元[01001110]進行搜尋時，內容定址記憶體晶胞D1_1的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；內容定址記憶體晶胞D1_2的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；內容定址記憶體晶胞D1_3的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通；以及，內容定址記憶體晶胞D1_4的電晶體T1為關閉而電晶體T2為導通。所以，匹配線ML1_1的電壓會被保持，且匹配線ML1_2的電壓會被放電。故而，當以搜尋字元[01001110]對第一資料字元[01001110]進行搜尋時，搜尋結果為匹配。

同理，當以搜尋字元[01001110]對第二資料字元[01111101]進行搜尋時，匹配線ML2_1的電壓會被放電，且匹配線ML2_2的電壓會被放電。搜尋結果為不匹配。

第六實施例

請參照第6圖，顯示根據本案第六實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。如第6圖所示，本案第六實施例的內容定址記憶體晶胞600例如但不受限於為，可儲存三位元的三階CAM (triple-level CAM)。

內容定址記憶體晶胞600包括：並聯的複數個快閃記憶體晶胞(例如是電晶體T1、T2與T3)。

電晶體T1的三端分別耦接至第一搜尋線SL1_1、第一匹配線ML1_1與接地端。電晶體T2的三端分別耦接至第二搜尋線SL1_2、第二匹配線ML1_2與接地端。電晶體T3的三端分別耦接至第三搜尋線SL1_3、第三匹配線ML1_3與接地端。

此外，電晶體T1-T3更分別耦接至啟動電晶體TS1-TS3。啟動電晶體TS1的三端分別耦接至第一匹配線ML1_1、啟動電壓Vstart與充電電壓VM。相似地，啟動電晶體TS2的三端分別耦接至第二匹配線ML1_2、啟動電壓Vstart與充電電壓VM。啟動電晶體TS3的三端分別耦接至第三匹配線ML1_3、啟動電壓Vstart與充電電壓VM。

下表顯示根據本案第六實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：010)(X：保持電壓；O：放電)

在第六實施例中，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT1、VT1與VT1時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為000；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT2、VT2與VT2時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為001；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT3、VT3與VT3時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT4、VT4與VT4時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為011；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT5、VT5與VT5時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為100；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT6、VT6與VT6時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為101；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT7、VT7與VT7時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為110；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT8、VT8與VT8時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為111。此外，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT8、VT1與VT1時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為XXX(don’t care，不重要)。

於進行搜尋時，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS1、VS2與VS3時，搜尋資料為000；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS2、VS3與VS4時，搜尋資料為001；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS3、VS4與VS5時，搜尋資料為010；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS4、VS5與VS6時，搜尋資料為011；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS5、VS6與VS7時，搜尋資料為100；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS6、VS7與VS8時，搜尋資料為101；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS7、VS8 與VS9時，搜尋資料為110；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS8、VS9與VS9時，搜尋資料為111；以及，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS1、VS9與VS9時，搜尋資料為萬用字元(wildcard，WC)。

本案第六實例中，臨界電壓VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7與VT8的值例如但不受限於為，1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V與8V；以及，搜尋電壓VS1、VS2、VS3、VS4、VS5、VS6、VS7、VS8與VS9的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V、3.5V、4.5V、5.5V、6.5V、7.5V與8.5V。

當內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010且當搜尋資料為010時，第一匹配線ML1_1的電壓被保持、第二匹配線ML1_2的電壓被放電與第三匹配線ML1_3的電壓被放電，所以，代表搜尋結果為匹配。其餘情況可依此類推。

由上述說明可知，在本案第六實施例中，當第一匹配線ML1_1的電壓被保持，第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓被放電時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被保持，第二匹配線ML1_2的電壓被保持與第三匹配線ML1_3的電壓被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第六實施例的搜尋表。

如上表所示，當儲存資料為000且搜尋資料為000，第一匹配線ML1_1的電壓被保持、第二匹配線ML1_2的電壓被放電且第三匹配線ML1_3的電壓被放電，代表搜尋結果為匹配；以及，當儲存資料為000且搜尋資料為001，第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被放電，代表搜尋結果為不匹配。其餘可依此類推。當儲存資料為XXX時，不論搜尋資料為哪一種值，搜尋結果為匹配。當搜尋資料為外卡(WC)時，不論儲存資料為哪一種值，搜尋結果為匹配。

在本案第六實施例中，第一電晶體T1的臨界電壓、第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)與第三電晶體T3的臨界電壓(亦可稱為第三臨界電壓)皆相同；第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)低於第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線 SL1_2的搜尋電壓)，第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)低於第三搜尋電壓(施加至第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓)，且當儲存資料為第一既定儲存資料(000)時，第一臨界電壓、第二臨界電壓與第三臨界電壓為一最小臨界電壓值；當儲存資料為第二既定儲存資料(111)時，第一臨界電壓、第二臨界電壓與第三臨界電壓為一最大臨界電壓值。

第七實施例

請參照第7圖，顯示根據本案第七實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

下表顯示根據本案第七實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：010)(X：保持電壓；O：放電)

在第七實施例中，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT1、VT0與VT0時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為000；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT2、VT1與VT0時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為001；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT3、VT2與VT1時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT4、VT3與VT2時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為011；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT5、VT4與VT3時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為100；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT6、VT5與VT4時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為101；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓 VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT7、VT6與VT5時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為110；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT8、VT7與VT6時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為111。此外，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT8、VT0與VT0時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為XXX(don’t care，不重要)。

於進行搜尋時，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS1、VS1與VS1時，搜尋資料為000；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS2、VS2與VS2時，搜尋資料為001；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS3、VS3與VS3時，搜尋資料為010；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS4、VS4與VS4時，搜尋資料為011；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS5、VS5與VS5時，搜尋資料為100；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS6、VS6與VS6時，搜尋資料為101；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS7、VS7與VS7時，搜尋資料為110；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS8、VS8與VS8時，搜尋資料為111；以及，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS1、VS8與VS8時，搜尋資料為萬用字元(wildcard，WC)。

本案第七實例中，臨界電壓VT0、VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7與VT8的值例如但不受限於為，0V、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V與8V；以及，搜尋電壓VS1、VS2、VS3、VS4、VS5、VS6、VS7與VS8的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V、3.5V、4.5V、5.5V、6.5V與7.5V。

當內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010時，當搜尋資料為010時，第一匹配線ML1_1的電壓被保持、第二匹配線ML1_2的電壓被放電與第三匹配線ML1_3的電壓被放電，所以，代表搜尋結果為匹配。其餘情況可依此類推。

由上述說明可知，在本案第七實施例中，當第一匹配線ML1_1的電壓被保持，第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓被放電時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被保持，第二匹配線ML1_2的電壓被保持與第三匹配線ML1_3的電壓被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第七實施例的搜尋表。

在本案第七實施例中，第一電晶體T1的臨界電壓(亦可稱為第一臨界電壓)高於第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)與第三電晶體T3的臨界電壓(亦可稱為第三臨界電壓)；第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)、第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)與第三搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_3的搜尋電壓)皆相同，且當搜尋資料為第一既定搜尋資料(000) 時，第一搜尋電壓、第二搜尋電壓與第三搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當搜尋資料為第二既定搜尋資料(111)時，第一搜尋電壓、第二搜尋電壓與第三搜尋電壓為一最大搜尋電壓值。

第八實施例

請參照第8圖，顯示根據本案第八實施例的內容定址記憶體晶胞及其操作示意圖。

下表顯示根據本案第八實施例之搜尋電壓、臨界電壓與搜尋結果。

(儲存資料：010)(X：保持電壓；O：放電)

在第八實施例中，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT0、VT0與VT0時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為000；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT0、VT1與VT2時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為001；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT1、VT2與VT3時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT2、VT3與VT4時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為011；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT3、VT4與VT5時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為100；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT4、VT5與VT6時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為101；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT5、VT6與VT7時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為110；當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT6、VT7與VT8時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為111。此外，當電晶體T1、T2與T3的臨界電壓VT_T1、VT_T2與VT_T3分別為VT0、VT0與VT8時，內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為XXX(don’t care，不重要)。

於進行搜尋時，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS1、VS1與VS1時，搜尋資料為000；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS2、VS2與VS2時，搜尋資料為001；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS3、VS3與VS3時，搜尋資料為010；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS4、VS4與VS4時，搜尋資料為011；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS5、VS5與VS5時，搜尋資料為100；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS6、VS6與VS6時，搜尋資料為101；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS7、VS7與VS7時，搜尋資料為110；當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS8、VS8與VS8時，搜尋資料為111；以及，當施加至第一搜尋線SL1_1、第二搜尋線SL1_2與第三搜尋線SL1_3的搜尋電壓分別為VS8、VS8與VS1時，搜尋資料為萬用字元(wildcard，WC)。

本案第八實例中，臨界電壓VT0、VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7與VT8的值例如但不受限於為，0V、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V與8V；以及，搜尋電壓VS1、VS2、VS3、 VS4、VS5、VS6、VS7與VS8的值例如但不受限於為，0.5V、1.5V、2.5V、3.5V、4.5V、5.5V、6.5V與7.5V。

當內容定址記憶體晶胞600的儲存資料為010且當搜尋資料為010時，第一匹配線ML1_1的電壓被放電、第二匹配線ML1_2的電壓被放電與第三匹配線ML1_3的電壓被保持，所以，代表搜尋結果為匹配。其餘情況可依此類推。

由上述說明可知，在本案第八實施例中，當第一匹配線ML1_1與第二匹配線ML1_2的電壓被放電而第三匹配線ML1_3的電壓被保持時，儲存資料匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1的電壓被放電，第二匹配線ML1_2的電壓被保持與第三匹配線ML1_3的電壓被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被保持時，儲存資料不匹配於搜尋資料；以及，第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被放電時，儲存資料不匹配於搜尋資料。

下表顯示根據本案第八實施例的搜尋表。

如上表所示，當儲存資料為000且搜尋資料為000，第一匹配線ML1_1的電壓與第二匹配線ML1_2的電壓被放電且第三匹配線ML1_3的電壓被保持，代表搜尋結果為匹配；以及，當儲存資料為000且搜尋資料為001，第一匹配線ML1_1、第二匹配線ML1_2與第三匹配線ML1_3的電壓皆被放電，代表搜尋結果為不匹配。其餘可依此類推。當儲存資料為XXX時，不論搜尋資料為哪一種值，搜尋結果為匹配。當搜尋資料為外卡(WC)時，不論儲存資料為哪一種值，搜尋結果為匹配。

在本案第八實施例中，第三電晶體T3的臨界電壓(亦可稱為第三臨界電壓)高於第一電晶體T1的臨界電壓(亦可稱為第一臨界電壓)與第二電晶體T2的臨界電壓(亦可稱為第二臨界電壓)；第一搜尋電壓(施加至第一搜尋線SL1_1的搜尋電壓)、第二搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_2的搜尋電壓)與第三搜尋電壓(施加至第二搜尋線SL1_3的搜尋電壓)皆相同，且當搜尋資料為第一既定搜尋資料(000)時，第一搜尋電壓、第二搜尋電壓與第三搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當搜尋資料為第二既定搜尋資料(111)時，第一搜尋電壓、第二搜尋電壓與第三搜尋電壓為一最大搜尋電壓值。

第9圖顯示根據本案第九實施例之內容定址記憶體裝置之操作方法，包括：於步驟910中，程式化複數個內容定址記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞包括複數個並聯的快閃記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於各該些內容定址記憶體晶胞之該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合，該些內容定址記憶體晶胞更耦接至複數個匹配線；於步驟920中，施加複數個搜尋電壓至該些內容定址記憶體晶胞；於步驟930中，感應該些複數個匹配線上的複數個匹配電壓以產生複數個感應結果；以及於步驟940中，根據該些感應結果，產生一匹配位址，該匹配位址指示一搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞的個別位址。

步驟910-940之細節可如上述該些實施例所述，於此不重述。

在本案上述實施例中，內容定址記憶體晶胞可包括：可儲存兩位元的多階CAM晶胞(multi-level CAM cell)、可儲存三位元的三階CAM晶胞(triple-level CAM cell)、可儲存四位元的四階CAM晶胞(quad-level CAM cell)、可儲存五位元的五階CAM晶胞(penta-level CAM cell)等，此皆在本案精神範圍內。

在本案上述實施例中，CAM記憶體裝置可為二維(2D)快閃記憶體架構或三維(3D)快閃記憶體架構，此皆在本案精神範圍內。

本案上述實施例根據匹配線電壓的不同組合來區別匹配結果。本案實施例由於使用多階(或更多階)NOR快閃記憶晶體胞。故而可改善記憶體內搜尋(In-memory searching,IMS)密度，且可提高匹配速度。

在本案實施例中，所使用的NOR快閃式TCAM架構可提供較高的導通電流/關閉電流比(on/off ratio)，例如，高於10⁶。所以，本案實施例可以提高匹配準確性，且適用於長字元搜尋設計。故而，當使用本案實施例的CAM晶胞與CAM記憶體裝置來進行大數據搜尋時，可以增進記憶體內搜尋密度。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

910-940:步驟

Claims

一種內容定址記憶體晶胞，包括：複數個並聯快閃記憶體晶胞，該內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合。
如請求項1所述之內容定址記憶體晶胞，其中，該些並聯快閃記憶體晶胞之該些臨界電壓為相同；或者該些並聯快閃記憶體晶胞之一臨界電壓高於該些並聯快閃記憶體晶胞之一另一臨界電壓。
如請求項1所述之內容定址記憶體晶胞，其中，當該儲存資料為一第一既定儲存資料時，該些並聯快閃記憶體晶胞之一第一快閃記憶體晶胞之一第一臨界電壓與該些並聯快閃記憶體晶胞之一第二快閃記憶體晶胞之一第二臨界電壓為一最小臨界電壓值；以及，當該儲存資料為一第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓為一最大臨界電壓值；或者當該儲存資料為該第一既定儲存資料時，該些並聯快閃記憶體晶胞之該第二臨界電壓為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓；以及，當該儲存資料為該第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓為該最大臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓；或者當該儲存資料為一第三既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之一為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之另一為該最大臨界電壓值。
一種內容定址記憶體裝置，包括：複數個內容定址記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞包括複數個並聯快閃記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於各該些內容定址記憶體晶胞之該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合；複數條搜尋線，耦接至該些內容定址記憶體晶胞；複數條匹配線，耦接至該些內容定址記憶體晶胞；複數個感應放大器，耦接至該些匹配線；以及一解碼器，耦接至該些感應放大器，其中，當透過該些搜尋線施加複數個搜尋電壓至該些內容定址記憶體晶胞時，該些感應放大器感應該些匹配線上的複數個匹配電壓以產生複數個感應結果；根據該些感應結果，該解碼器產生一匹配位址，該匹配位址指示一搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞的個別位址。
如請求項4所述之內容定址記憶體裝置，其中，於該內容定址記憶體晶胞中，該些並聯快閃記憶體晶胞之該些臨界電壓為相同；或者該些並聯快閃記憶體晶胞之一臨界電壓高於該些並聯快閃記憶體晶胞之一另一臨界電壓。
如請求項4所述之內容定址記憶體裝置，其中，於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為一第一既定儲存資料時，該些並聯快閃記憶體晶胞之一第一快閃記憶體晶胞之一第一臨界電壓與該些並聯快閃記憶體晶胞之一第二快閃記憶體晶胞之一第二臨界電壓為一最小臨界電壓值；當該儲存資料為一第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓為一最大臨界電壓值，該些搜尋電壓之一第一搜尋電壓低於一第二搜尋電壓；或者於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為該第一既定儲存資料時，該第二臨界電壓為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓；以及當該儲存資料為該第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓為該最大臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓，該些搜尋電壓為相同，且當一搜尋資料為一第一既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當該搜尋資料為一第二既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為一最大搜尋電壓值；或者於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為一第三既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之一為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之另一為該最大臨界電壓值，該些搜尋電壓為相同；當一搜尋資料為該第一既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為該最小搜尋電壓值；以及，當該搜尋資料為該第二既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為該最大搜尋電壓值；其中，當該些匹配電壓之一被保持且該些匹配電壓之另一被放電時，該搜尋結果為匹配。
一種內容定址記憶體裝置之操作方法，包括：程式化複數個內容定址記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞包括複數個並聯的快閃記憶體晶胞，各該些內容定址記憶體晶胞之一儲存資料決定於各該些內容定址記憶體晶胞之該些並聯快閃記憶體晶胞之複數個臨界電壓之組合，該些內容定址記憶體晶胞更耦接至複數個匹配線；施加複數個搜尋電壓至該些內容定址記憶體晶胞；感應該些複數個匹配線上的複數個匹配電壓以產生複數個感應結果；以及根據該些感應結果，產生一匹配位址，該匹配位址指示一搜尋結果為匹配的該些內容定址記憶體晶胞的個別位址。
如請求項7所述之內容定址記憶體裝置之操作方法，其中，於程式化該內容定址記憶體晶胞時，程式化該些並聯快閃記憶體晶胞之該些臨界電壓為相同；或者程式化該些並聯快閃記憶體晶胞之一臨界電壓高於該些並聯快閃記憶體晶胞之一另一臨界電壓。
如請求項7所述之內容定址記憶體裝置之操作方法，其中，於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為一第一既定儲存資料時，該些並聯快閃記憶體晶胞之一第一快閃記憶體晶胞之一第一臨界電壓與該些並聯快閃記憶體晶胞之一第二快閃記憶體晶胞之一第二臨界電壓為一最小臨界電壓值；當該儲存資料為一第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓為一最大臨界電壓值，該些搜尋電壓之一第一搜尋電壓低於一第二搜尋電壓；或者於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為該第一既定儲存資料時，該第二臨界電壓為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓；以及當該儲存資料為該第二既定儲存資料時，該第一臨界電壓為該最大臨界電壓值且該第一臨界電壓高於該第二臨界電壓，該些搜尋電壓為相同，且當一搜尋資料為一第一既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為一最小搜尋電壓值；當該搜尋資料為一第二既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為一最大搜尋電壓值；或者於該內容定址記憶體晶胞中，當該儲存資料為一第三既定儲存資料時，該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之一為該最小臨界電壓值且該第一臨界電壓與該第二臨界電壓之另一為該最大臨界電壓值，該些搜尋電壓為相同；當一搜尋資料為該第一既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為該最小搜尋電壓值；以及，當該搜尋資料為該第二既定搜尋資料時，該些搜尋電壓為該最大搜尋電壓值；其中，當該些匹配電壓之一被保持且該些匹配電壓之另一被放電時，該搜尋結果為匹配。