TWI806642B - 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法 - Google Patents

類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI806642B
TWI806642B TW111120625A TW111120625A TWI806642B TW I806642 B TWI806642 B TW I806642B TW 111120625 A TW111120625 A TW 111120625A TW 111120625 A TW111120625 A TW 111120625A TW I806642 B TWI806642 B TW I806642B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
analog
voltage
memory cell
search
addressable memory
Prior art date
Application number
TW111120625A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202349399A (zh
Inventor
曾柏皓
Original Assignee
旺宏電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 旺宏電子股份有限公司 filed Critical 旺宏電子股份有限公司
Priority to TW111120625A priority Critical patent/TWI806642B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI806642B publication Critical patent/TWI806642B/zh
Publication of TW202349399A publication Critical patent/TW202349399A/zh

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

本案提供類比內容定址記憶體(CAM)記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法。該類比內容定址記憶體晶胞包括：彼此耦接之一第一與一第二記憶體晶胞，其中，該類比內容定址記憶體晶胞儲存一類比儲存資料，該類比內容定址記憶體晶胞之該類比儲存資料相關於一匹配範圍，該匹配範圍由該第一與該第二記憶體晶胞之一第一臨界電壓與一第二臨界電壓所決定；該第一與該第二記憶體晶胞接收一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓，一類比搜尋資料轉換成該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓；以及該類比內容定址記憶體晶胞產生一記憶體晶胞電流，或者該類比內容定址記憶體晶胞維持或放電耦接至該類比內容定址記憶體晶胞之一匹配線之一匹配線電壓。

Description

類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體 晶胞及其資料搜尋比對方法
本發明係有關於一種類比內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法，且特別有關於一種可用於實現類比記憶體內近似搜尋(In-memory approximate searching)的類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法。
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。現有的內容定址記憶體(Content Addressable Memory,CAM)可用於實現高度平行搜尋(highly parallel searching)。
內容定址記憶體以高度平行方式來將搜尋資料比對於所儲存的儲存資料。
類比CAM可儲存廣範圍的連續數值，因而，可增加在類比領域中的搜尋功能與匹配功能。更甚者，類比CAM可大幅增加資料密度，減少功率消耗，及減少電路面積。
第1圖顯示類比CAM與數位CAM的操作示意圖。如第1圖所示，數位CAM的儲存資料是數位值。而且，以數位搜尋資料來搜尋數位CAM所儲存的數位儲存資料。類比CAM的儲存資料可以是類比的連續數值。而且，可以用類比的連續搜尋資料來搜尋類比CAM所儲存的類比儲存資料。
故而，需要有一種類比內容定址記憶體(Content Addressable Memory，CAM)裝置、類比CAM記憶體晶胞，及其資料搜尋比對方法，其以類比搜尋資料來搜尋該類比內容定址記憶體裝置與該類比CAM記憶體晶胞所儲存之類比儲存資料。
根據本案一實例，提出一種類比內容定址記憶體裝置，包括：複數個類比內容定址記憶體晶胞，該些類比內容定址記憶體晶胞儲存複數筆類比儲存資料，該些類比內容定址記憶體晶胞之該些類比儲存資料相關於複數個匹配範圍，該些匹配範圍由該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個第一臨界電壓與複數個第二臨界電壓所決定；以及一電性特徵偵測電路，耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞；其中，於進行資料搜尋時，將一類比搜尋資料轉換成一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓；將該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓比對於該些類比內容定 址記憶體晶胞之該些匹配範圍，該些類比內容定址記憶體晶胞產生複數個記憶體晶胞電流，該電性特徵偵測電路偵測該些記憶體晶胞電流或偵測耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞之複數條匹配線之複數個匹配線電壓，以產生複數個搜尋結果。
根據本案另一實例，提出一種內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法，包括：將一類比搜尋資料轉換成一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓；將該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓比對於複數個類比內容定址記憶體晶胞之複數個匹配範圍，該些匹配範圍從該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個類比儲存資料轉換而得，該些匹配範圍由該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個第一臨界電壓與複數個第二臨界電壓所決定；該些類比內容定址記憶體晶胞產生複數個記憶體晶胞電流；以及偵測該些記憶體晶胞電流或偵測耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞之複數條匹配線之複數個匹配線電壓，以產生複數個搜尋結果。
根據本案又一實例，提出一種類比內容定址記憶體晶胞，包括：彼此耦接之一第一與一第二記憶體晶胞，其中，該類比內容定址記憶體晶胞儲存一類比儲存資料，該類比內容定址記憶體晶胞之該類比儲存資料相關於一匹配範圍，該匹配範圍由該第一與該第二記憶體晶胞之一第一臨界電壓與一第二臨界電壓所決定；該第一與該第二記憶體晶胞接收一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓，一類比搜尋資料轉換成該第一類比搜尋電 壓與該第二類比搜尋電壓；以及該類比內容定址記憶體晶胞產生一記憶體晶胞電流，或者該類比內容定址記憶體晶胞維持或放電耦接至該類比內容定址記憶體晶胞之一匹配線之一匹配線電壓。
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：
200A、200B:CAM記憶體晶胞
TA1、TA2、TB1、TB2:記憶體晶胞
ML、ML1~MLn:匹配線
BL、BL1~BLn:位元線
WL1~WL2m:字元線
1100、1200:記憶體裝置
1110:預充電電路
1120:電壓偵測電路
SA:感應放大器
1310-1340:步驟
第1圖顯示類比CAM與數位CAM的操作示意圖。
第2A圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞之電路架構。
第2B圖顯示根據本案另一實施例之類比CAM記憶體晶胞之電路架構。
第3A圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞之電壓電流曲線圖。
第3B圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞之另一種電壓電流曲線圖。
第4圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍(match range)示意圖。
第5A圖至第5C圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。
第6A圖與第6B圖顯示根據本案一實施例之匹配電流示意圖。
第7圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。
第8圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。
第9圖顯示根據本案一實施例之調整匹配範圍示意圖。
第10圖顯示根據本案一實施例之調整匹配範圍以補償可靠度的示意圖。
第11圖顯示根據本案一實施例之記憶體裝置的示意圖。
第12圖顯示根據本案一實施例之記憶體裝置的示意圖。
第13圖顯示本案一實施例之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法。
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。
在本案一實施例中，揭露一種可實施類比記憶體近似搜尋的類比CAM記憶體裝置、類比CAM記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法，藉由調整類比CAM記憶體晶胞的臨界電壓，可以建立不同的匹配範圍。
第2A圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞之電路架構。第2B圖顯示根據本案另一實施例之類比CAM 記憶體晶胞之電路架構。
如第2A圖所示，根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞200A包括2個並聯的記憶體晶胞TA1與TB1。記憶體晶胞TA1包括：一閘極，接收第一類比搜尋電壓VA；一第一端，耦接至匹配線ML；以及，一第二端，接地。記憶體晶胞TB1包括：一閘極接收第二類比搜尋電壓VB；一第一端，耦接至匹配線ML；以及，一第二端，接地。在此，以記憶體晶胞TA1與TB1為NMOS電晶體為例做說明，但當知本案並不受限於此。第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別透過不同字元線而輸入至記憶體晶胞TA1與TB1。第2A圖的類比CAM記憶體晶胞200A可應用於NOR型記憶體裝置內。
如第2B圖所示，根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞200B包括2個串聯的記憶體晶胞TA2與TB2。記憶體晶胞TA2包括：一閘極，接收第一類比搜尋電壓VA；一第一端，耦接至位元線BL(或者是前一個類比CAM記憶體晶胞200B)；以及，一第二端，耦接至記憶體晶胞TB2。記憶體晶胞TB2包括：一閘極，接收第二類比搜尋電壓VB；一第一端，耦接至記憶體晶胞TA2的第二端；以及，一第二端，接地(或者是下一個類比CAM記憶體晶胞200B)。在此，以記憶體晶胞TA2與TB2為NMOS電晶體為例做說明，但當知本案並不受限於此。第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別透過不同字元線而輸入至記憶體晶胞TA2與TB2。第2B圖的類比CAM記憶體晶胞200B 可應用於NAND型記憶體裝置內。
第3A圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞200A/200B之電壓電流曲線圖。在第3A圖中，記憶體晶胞TA的臨界電壓表示為VT_A(或稱為第一臨界電壓)，而記憶體晶胞TB的臨界電壓表示為VT_B(或稱為第二臨界電壓)。臨界電壓VT_A與VT_B可依需要而被獨立程式化至任意臨界電壓值。記憶體晶胞TA可以是記憶體晶胞TA1或TA2，同樣地，記憶體晶胞TB可以是記憶體晶胞TB1或TB2。
通道電流IA代表流經記憶體晶胞TA的通道電流。通道電流IB代表流經記憶體晶胞TB的通道電流。
在本案一實施例中，第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB之關係例如但不受限於，為：VB=Vmax+Vmin-VA，其中，Vmax與Vmin分別代表類比搜尋電壓最大值與類比搜尋電壓最小值，皆為常數。例如但不受限於，Vmax=9V而Vmin=0V。
在本案一實施例中，當最小參考電壓值Vmin大於等於0V時，第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB皆為正值；當最大參考電壓值Vmax小於等於0V時，第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB皆為負值；以及，當最大參考電壓值Vmax大於0V且最小參考電壓值Vmin小於0V時，第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB之一為正值而另一者為負值。
如第3A圖所示，當VA=0.7V且VB=8.3V時，記憶體晶胞TA沒有電流而記憶體晶胞TB有電流。或者是，當VA=4.05V且VB=4.95V時，記憶體晶胞TA與記憶體晶胞TB皆沒有電流。或者是，當VA=8.52V且VB=0.48V時，記憶體晶胞TA有電流，但記憶體晶胞TB沒有電流。
第3B圖顯示根據本案一實施例之類比CAM記憶體晶胞200A/200B之另一種電壓電流曲線圖。在第3B圖中的臨界電壓VT_A與VT_B皆小於第3A圖中的臨界電壓VT_A與VT_B。
如第3B圖所示，當VA=0.7V且VB=8.3V時，記憶體晶胞TA與記憶體晶胞TB皆沒有電流。或者是，當VA=4.05V且VB=4.95V時，記憶體晶胞TA與記憶體晶胞TB皆有電流。或者是，當VA=8.52V且VB=0.48V時，記憶體晶胞TA有電流，但記憶體晶胞TB沒有電流。
第4圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍(match range)示意圖。在本案一實施例中，匹配範圍可由記憶體晶胞TA的電壓電流關係(亦即電壓電流關係曲線圖)與記憶體晶胞TB的電壓電流關係(亦即電壓電流關係曲線圖)所決定。在本案一實施例中，匹配範圍有關於該類比內容定址記憶體晶胞200A/200B之該類比儲存資料。例如但不受限於，將該類比內容定址記憶體晶胞200A/200B之該類比儲存資料轉換成該匹配範圍。該匹配範圍由該類比內容定址記憶體晶胞200A/200B之記憶體晶胞TA之第 一臨界電壓與記憶體晶胞TB之第二臨界電壓所決定。
類比儲存資料D具有一類比儲存資料範圍，介於類比儲存資料最小值Dmin與類比儲存資料最大值Dmax之間。例如但不受限於，在本案一實施例中，類比CAM記憶體晶胞200A/200B之類比儲存資料D可介於0.00(Dmin)~1.00(Dmax)。在本案一實施例中，透過編碼原則，可將類比儲存資料最小值Dmin與類比儲存資料最大值Dmax分別編碼成臨界電壓最小值VTmin與臨界電壓最大值VTmax，亦即，根據類比儲存資料最小值Dmin與類比儲存資料最大值Dmax而分別決定成臨界電壓最小值VTmin與臨界電壓最大值VTmax。記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓則介於臨界電壓最小值VTmin與臨界電壓最大值VTmax之間。
此外，類比搜尋資料S具有一類比搜尋資料範圍，介於類比搜尋資料最小值Smin與類比搜尋資料最大值Smax之間。例如但不受限於，在本案一實施例中，可用於搜尋類比CAM記憶體晶胞200A/200B之類比搜尋資料S可介於0.00(Smin)~1.00(Smax)。在本案一實施例中，透過編碼原則，可將類比搜尋資料最小值Smin與類比搜尋資料最大值Smax分別編碼成類比搜尋電壓最小值Vmin與類比搜尋電壓最大值Vmax。經編碼後，類比搜尋資料S被轉換成第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB。其中，第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB皆為連續值，第一類比搜尋電壓VA介於類 比搜尋電壓最小值Vmin與類比搜尋電壓最大值Vmax之間，而VB=Vmax+Vmin-VA。
於第4圖中，該些電壓電流曲線圖分別相關於臨界電壓VT1_A~VTn_A，以及，臨界電壓VT1_B~VTn_B。VT1_A~VTn_A分別代表記憶體晶胞TA的不同n個臨界電壓(n為正整數)；以及，VT1_B~VTn_B分別代表記憶體晶胞TB的不同n個臨界電壓。其中，VT1_A<VT2_A<...<VTn_A，以及，VT1_B<VT2_B<...<VTn_B。
匹配範圍可由記憶體晶胞TA的電壓電流關係(亦即電壓電流關係曲線圖)與記憶體晶胞TB的電壓電流關係(亦即電壓電流關係曲線圖)所決定。例如但不受限於，當記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓分別為VT1_A與VT1_B時，可以決定一種匹配範圍，而當記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓分別為VT2_A與VT1_B時，可以決定另一種匹配範圍。
第5A圖至第5C圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。在本案一實施例中，例如但不受限於，匹配範圍介於1.5V~2.5V之間，則此匹配範圍的範圍寬度為2.5V-1.5V=1V，而此匹配範圍的最大值與最小值即為2.5V與1.5V。匹配範圍的最大值與最小值亦可稱為匹配範圍的位置(position)。
如第5A圖所示，藉由改變記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓VT_A與VT_B，可以改變匹配範圍MR的範圍寬度。匹配範圍MR的定義將於底下另外說明之。
如第5B圖所示，藉由改變記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓VT_A與VT_B，可以改變匹配範圍MR的最大值與最小值(位置)。
如第5C圖所示，藉由改變記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓VT_A與VT_B，可以改變匹配範圍MR的範圍寬度與最大值與最小值(位置)。
亦即，在本案一實施例中，藉由改變記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓VT_A與VT_B，可以改變匹配範圍MR的範圍寬度及/或位置。
第6A圖與第6B圖顯示根據本案一實施例之匹配電流示意圖。在本案一實施例中，藉由改變記憶體晶胞TA的臨界電壓及/或記憶體晶胞TB的臨界電壓，可以改變匹配電流值。在此，匹配電流係指，當類比搜尋資料匹配於匹配範圍時，由類比CAM記憶體晶胞所輸出的電流。
如第6A圖所示，當記憶體晶胞TB的臨界電壓分別為VT1_B~VT6_B(VT1_B<VT2_B<...<VT6_B)時，匹配電流值分別為MC11~MC16，其中，MC11>MC12…>MC16。
如第6B圖所示，當記憶體晶胞TA的臨界電壓分別為VT1_A~VT6_A(VT1_A<VT2_A<...<VT6_A)時，匹配電流值分別為MC21~MC26，其中，MC21>MC22…>MC26。
也就是說，在本案一實施例中，藉由調整記憶體晶胞TA及/或TB的臨界電壓，可以調整匹配電流值。
第7圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。如第7圖所示，在此假設第一類比搜尋電壓VA的最大值與最小值分別為4V與0V，則第二類比搜尋電壓VB(VB=Vmax+Vmin-VA)介於0V~4V之間。以下舉例說明，但當知本案並不受限於此。例如但不受限於，當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為1.6V與2.4V時，以第7圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA1與TB1皆無電流，此情況視為匹配。所以，匹配範圍定義為當記憶體晶胞TA1與TB1皆無電流時。
當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為3.7V與0.3V時，以第7圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA1有電流而記憶體晶胞TB1無電流，此情況視為不匹配。或者是，當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為0.3V與3.7V時，以第7圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA1無電流而記憶體晶胞TB1有電流，此情況視為不匹配。故而，當記憶體晶胞TA1與記憶體晶胞TB1之其中一者有電流而另一者無電流時，視為不匹配，可依此定義出「不匹配範圍(mismatch range)」。
也就是說，在本案一實施例中，當第一類比搜尋電壓VA落於匹配範圍內時，記憶體晶胞TA1與記憶體晶胞TB1皆無電流，故而，匹配線ML的匹配線不會被放電，亦即，匹配線ML的匹配線電壓會被保持。當第一類比搜尋電壓VA落於匹 配範圍之外時，記憶體晶胞TA1與記憶體晶胞TB1之其中一者有電流而另一者無電流，故而，匹配線ML的匹配線會被放電，亦即，匹配線ML的匹配線電壓會下降。
如上所述，在本案一實施例中，可根據匹配線ML的匹配線電壓是被保持或被放電，來決定是匹配或不匹配。
第8圖顯示根據本案一實施例之匹配範圍示意圖。如第8圖所示，在此假設第一類比搜尋電壓VA的最大值與最小值分別為4V與0V，則第二類比搜尋電壓VB(VB=Vmax+Vmin-VA)介於0V~4V之間。以下舉例說明，但當知本案並不受限於此。例如但不受限於，當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為1.6V與2.4V時，以第8圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA2與TB2皆有電流，此情況視為匹配。所以，匹配範圍定義為當記憶體晶胞TA2與TB2皆有電流時。
當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為3.7V與0.3V時，以第8圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA2有電流而記憶體晶胞TB2無電流，此情況視為不匹配。或者是，當第一類比搜尋電壓VA與第二類比搜尋電壓VB分別為0.3V與3.7V時，以第8圖的電壓電流曲線來看，記憶體晶胞TA2無電流而記憶體晶胞TB2有電流，此情況視為不匹配。故而，當記憶體晶胞TA2與記憶體晶胞TB2之其中一者有電流而另一者無電流時，視為不匹配。
也就是說，在本案一實施例中，當第一類比搜尋電壓VA落於匹配範圍內時，記憶體晶胞TA2與記憶體晶胞TB2皆有電流，類比CAM記憶體晶胞200B輸出匹配電流。當第一類比搜尋電壓VA落於匹配範圍之外時，記憶體晶胞TA2與記憶體晶胞TB2之其中一者有電流而另一者無電流，類比CAM記憶體晶胞200B不輸出匹配電流。
如上所述，在本案一實施例中，偵測類比CAM記憶體晶胞200B是否輸出匹配電流，來決定是匹配或不匹配。
第9圖顯示根據本案一實施例之調整匹配範圍示意圖。如第9圖所示，在本案一實施例中，類比CAM記憶體晶胞200B更耦接至感應放大器SA。藉由調整感應放大器SA的電流感應程度，可以調整匹配範圍。詳言之，當降低感應放大器SA的最小感應電流時，匹配範圍可以愈大，反之亦然。在此，電流感應程度係指，感應放大器SA的最小感應電流。提高電流感應程度代表提高感應放大器SA的最小感應電流；以及，降低電流感應程度代表降低感應放大器SA的最小感應電流。
例如但不受限於，在第9圖中，當感應放大器SA的最小感應電流約為50μA時，此時的匹配範圍為MR1；當感應放大器SA的最小感應電流約為100μA時，則此時的匹配範圍為MR2；以及，當感應放大器SA的最小感應電流約為200μA時，則此時的匹配範圍為MR3，其中，MR1>MR2>MR3。
當然，第9圖的調整感應放大器SA的電流感應程 度以調整匹配範圍亦可應用於類比CAM記憶體晶胞200A，此亦在本案精神範圍內。
第10圖顯示根據本案一實施例之調整匹配範圍以補償可靠度的示意圖。如第10圖所示，在本案一實施例中，藉由調整感應放大器SA的電流感應程度，可以調整匹配範圍以補償可靠度。
如第10圖，VT_A與VT_B代表記憶體晶胞TA與TB的初始臨界電壓，所對應的匹配範圍為MR1。
當有讀取干擾(read disturbance)時，記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓由VT_A與VT_B改變為VT_A’與VT_B’，此讀取干擾將會影響到匹配範圍，使得匹配範圍從MR1變小為MR1’。故而，在本案一實施例中，降低感應放大器SA的最小感應電流以匹配範圍從MR1’變為MR2(MR2約等於MR1)。
當有保持損失(retention loss)時，記憶體晶胞TA與TB的臨界電壓由VT_A與VT_B改變為VT_A”與VT_B”，此保持損失將會影響到匹配範圍，使得匹配範圍從MR1變大為MR1”。故而，在本案一實施例中，提高感應放大器SA的最小感應電流以將匹配範圍從MR1”變為MR3(MR3約等於MR1)。
當然，第10圖的調整感應放大器SA的電流感應程度以調整匹配範圍亦可應用於類比CAM記憶體晶胞200A，此亦在本案精神範圍內。
亦即，在本案一實施例中，藉由調整感應放大器SA 的電流感應程度，可以調整匹配範圍，以補償可靠度。
第11圖顯示根據本案一實施例之記憶體裝置的示意圖。如第11圖所示，顯示根據本案一實施例之記憶體裝置1100包括：複數個類比CAM記憶體晶胞、複數條字元線、複數條匹配線、複數個預充電電路1110與電壓偵測電路1120。
記憶體裝置1100例如但不受限於，是NOR型記憶體裝置。該些類比CAM記憶體晶胞可為類比CAM記憶體晶胞200A。在第11圖中顯示字元線WL1~WL2m，匹配線ML1~MLn，但當知本案並不受限於此。
該些類比CAM記憶體晶胞耦接至該些字元線與該些匹配線。
該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm係透過該些字元線WL1~WL2m而輸入至該些類比CAM記憶體晶胞。
該些預充電電路1110分別耦接至該些匹配線ML1~MLn。於開始搜尋前，該些預充電電路1110對該些匹配線ML1~MLn進行預充電。
該電壓偵測電路1120耦接至該些匹配線ML1~MLn，以偵測該些匹配線ML1~MLn上的複數個匹配線電壓是保持或被放電。根據該電壓偵測電路1120的該偵測結果，以決定該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm是否匹配於該些類比CAM記憶體晶胞的類比儲存資 料。
例如，根據該電壓偵測電路1120的該偵測結果，該匹配線ML1的匹配線電壓為保持，而其餘匹配線ML2~MLm的匹配線電壓被放電，則可以判斷該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm匹配於第一列的該些類比CAM記憶體晶胞(耦接至該匹配線ML1)的類比儲存資料。
第12圖顯示根據本案一實施例之記憶體裝置的示意圖。如第12圖所示，顯示根據本案一實施例之記憶體裝置1200包括：複數個類比CAM記憶體晶胞、複數條字元線、複數條位元線與感應放大器SA。
記憶體裝置1200例如但不受限於，是NAND型記憶體裝置。該些類比CAM記憶體晶胞可為類比CAM記憶體晶胞200B。在第12圖中顯示字元線WL1~WL2m，位元線BL1~BLn，但當知本案並不受限於此。
該些類比CAM記憶體晶胞耦接至該些字元線與該些位元線。
該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm係透過該些字元線WL1~WL2m而輸入至該些類比CAM記憶體晶胞。
感應放大器SA耦接至該些類比CAM記憶體晶胞，以偵測同一串(同一行)的該些類比CAM記憶體晶胞是否有產生 匹配電流。根據該感應放大器SA的該偵測結果，以決定該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm是否匹配於該些類比CAM記憶體晶胞的類比儲存資料。
例如，根據該感應放大器SA的該偵測結果，以決定該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm匹配於哪一串(哪一行)的類比CAM記憶體晶胞。例如，該感應放大器SA偵測到第一串(第一行)與第n串(第n行)的類比CAM記憶體晶胞產生匹配電流，則可以決定第一串(第一行)與第n串(第n行)的類比CAM記憶體晶胞的類比儲存資料匹配於該些第一類比搜尋電壓VA1~VAm與該些第二類比搜尋電壓VB1~VBm。
第13圖顯示本案一實施例之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法。如第13圖所示，本案一實施例之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法包括：將一類比搜尋資料轉換成一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓(1310)；將該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓比對於複數個類比內容定址記憶體晶胞之複數個匹配範圍，該些匹配範圍從該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個類比儲存資料轉換而得，該些匹配範圍由該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個第一臨界電壓與複數個第二臨界電壓所決定(1320)；該些類比內容定址記憶體晶胞產生複數個記憶體晶胞電流(1330)；以及偵測該些記憶體晶胞電 流或偵測耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞之複數條匹配線之複數個匹配線電壓，以產生複數個搜尋結果(1340)。
在本案一實施例中，藉由調整感應放大器的電流感應程度，可以定義不同的匹配範圍，及/或進行可靠度補償。
在本案上述實施例中，記憶體晶胞可以是臨界電壓改變型記憶體晶胞(Vt change memory cell)。臨界電壓改變型記憶體晶胞例如但不受限於是，電荷儲存快閃記憶體晶胞(charge storage flash memory cell)(如浮接閘記憶體晶胞等)、電荷陷阱快閃記憶體晶胞(charge trapping flash memory cell)(如SONOS記憶體晶胞、MONOS記憶體晶胞等)、分割閘極快閃記憶體晶胞(Split gate Flash memory cell)、唯讀記憶體晶胞(read-only memory，ROM)、可程式化唯讀記憶體晶胞(Programmable read-only memory，PROM)、可抹除程式化唯讀記憶體晶胞(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次編程唯讀記憶體晶胞(One Time Programmable Read Only Memory，OTPROM)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體晶胞(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、鐵電閘極場效電晶體(ferroelectric-gated field-effect-transistor，FeFET)等。
或者是，記憶體晶胞可以是超陡坡(super steep slope)快閃記憶體晶胞，例如但不受限於，晶閘管隨機存取記憶體晶胞(Thyristor RAM，TRAM)、閘極控制晶閘管(GCT，Gate control Thyristor)記憶體晶胞、穿隧式場效電晶體(tunnel field-effect transistor，TFET)、負電容場效電晶體(Negative Capacitance-FET，NCFET)，或其他超陡坡記憶體裝置等。
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(三維NAND快閃記憶體、三維NOR快閃記憶體、三維FEFET快閃記憶體等)，此皆在本案精神範圍內。
本案上述實施例可用於進行記憶體內近似搜尋。配合CAM記憶體裝置的高儲存密度，本案實施例的記憶體內近似搜尋可用於多種領域，例如但不受限於，大資料搜尋(Big-data searching)，人工智慧硬體加速器/分類器(AI hardware accelerator/classifier)、近似計算(Approximate Computing)、相聯記憶體(Associative memory)、固態硬碟(Solid-state drive，SSD)資料管理(SSD data management)、脫氧核醣核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)匹配、資料過濾(Data filter)等。
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。
1310-1340:步驟

Claims (12)

  1. 一種類比內容定址記憶體裝置，包括：複數個類比內容定址記憶體晶胞，該些類比內容定址記憶體晶胞儲存複數筆類比儲存資料，該些類比內容定址記憶體晶胞之該些類比儲存資料相關於複數個匹配範圍，該些匹配範圍由該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個第一臨界電壓與複數個第二臨界電壓所決定；一電性特徵偵測電路，耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞；以及一感應放大器，耦接至該些類比內容定址記憶體晶胞，藉由調整該感應放大器的一電流感應程度以調整該些類比內容定址記憶體晶胞之該些匹配範圍，其中，於進行資料搜尋時，將一類比搜尋資料轉換成一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓，將該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓比對於該些類比內容定址記憶體晶胞之該些匹配範圍，該些類比內容定址記憶體晶胞產生複數個記憶體晶胞電流，該電性特徵偵測電路偵測該些記憶體晶胞電流，以產生複數個搜尋結果。
  2. 如請求項1所述之類比內容定址記憶體裝置，其中， 該類比內容定址記憶體晶胞包括並聯之一第一與一第二記憶體晶胞，該第一與該第二記憶體晶胞分別具有該第一臨界電壓與該第二臨界電壓；該第一與該第二記憶體晶胞接收該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓，該第一與該第二記憶體晶胞耦接至該匹配線，當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被保持；以及當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被放電。
  3. 如請求項1所述之類比內容定址記憶體裝置，其中，該類比內容定址記憶體晶胞包括串聯之一第一與一第二記憶體晶胞，該第一與該第二記憶體晶胞分別具有該第一臨界電壓與該第二臨界電壓；該第一與該第二記憶體晶胞接收該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓，其中， 當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流；以及當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流。
  4. 如請求項1所述之類比內容定址記憶體裝置，其中，改變該類比內容定址記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該匹配範圍之一範圍寬度及/或一位置；以及改變該類比內容定址記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該類比內容定址記憶體晶胞之一匹配電流。
  5. 一種類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法，包括：將一類比搜尋資料轉換成一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓；將該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓比對於複數個類比內容定址記憶體晶胞之複數個匹配範圍，該些匹配範圍從該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個類比儲存資料轉換 而得，該些匹配範圍由該些類比內容定址記憶體晶胞之複數個第一臨界電壓與複數個第二臨界電壓所決定；該些類比內容定址記憶體晶胞產生複數個記憶體晶胞電流；以及偵測該些記憶體晶胞電流，以產生複數個搜尋結果，其中，該些類比內容定址記憶體晶胞耦接至一感應放大器，藉由調整該感應放大器的一電流感應程度以調整該些類比內容定址記憶體晶胞之該些匹配範圍。
  6. 如請求項5所述之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法，其中，該類比內容定址記憶體晶胞包括並聯之一第一與一第二記憶體晶胞，該第一與該第二記憶體晶胞分別具有該第一臨界電壓與該第二臨界電壓；該第一與該第二記憶體晶胞接收該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓，該第一與該第二記憶體晶胞耦接至該匹配線，當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該類比儲存資料時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被保持；以及當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該類比儲存資料時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被放電。
  7. 如請求項5所述之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法，其中，該類比內容定址記憶體晶胞包括串聯之一第一與一第二記憶體晶胞，該第一與該第二記憶體晶胞分別具有該第一臨界電壓與該第二臨界電壓；該第一與該第二記憶體晶胞接收該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓，其中，當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該類比儲存資料時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流；以及當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該類比儲存資料時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流。
  8. 如請求項5所述之類比內容定址記憶體裝置之資料搜尋比對方法，其中，改變該類比內容定址記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該匹配範圍之一範圍寬度及/或一位置；以及改變該類比內容定址記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該類比內容定址記憶體晶胞之一匹配電流。
  9. 一種類比內容定址記憶體晶胞，包括：彼此耦接之一第一與一第二記憶體晶胞，其中，該類比內容定址記憶體晶胞儲存一類比儲存資料，該類比內容定址記憶體晶胞之該類比儲存資料相關於一匹配範圍，該匹配範圍由該第一與該第二記憶體晶胞之一第一臨界電壓與一第二臨界電壓所決定；該第一與該第二記憶體晶胞接收一第一類比搜尋電壓與一第二類比搜尋電壓，一類比搜尋資料轉換成該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓；以及該類比內容定址記憶體晶胞產生一記憶體晶胞電流，其中，該類比內容定址記憶體晶胞更耦接至一感應放大器，藉由調整該感應放大器的一電流感應程度以調整該類比內容定址記憶體晶胞之該匹配範圍。
  10. 如請求項9所述之類比內容定址記憶體晶胞，其中，該第一與該第二記憶體晶胞為並聯；該第一與該第二記憶體晶胞耦接至該匹配線；當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被保持；以及 當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流且該匹配線之該匹配線電壓被放電。
  11. 如請求項9所述之類比內容定址記憶體晶胞，其中，該第一與該第二記憶體晶胞為串聯；該第一與該第二記憶體晶胞耦接至該匹配線；當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞提供該記憶體晶胞電流；以及當該第一類比搜尋電壓與該第二類比搜尋電壓不匹配於該匹配範圍時，該類比內容定址記憶體晶胞無提供該記憶體晶胞電流。
  12. 如請求項9所述之類比內容定址記憶體晶胞，其中，改變該第一與該第二記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該匹配範圍之一範圍寬度及/或一位置；以及改變該該第一與該第二記憶體晶胞之該第一臨界電壓及/或該第二臨界電壓，以改變該類比內容定址記憶體晶胞之一匹配電流。
TW111120625A 2022-06-02 2022-06-02 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法 TWI806642B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111120625A TWI806642B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111120625A TWI806642B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI806642B true TWI806642B (zh) 2023-06-21
TW202349399A TW202349399A (zh) 2023-12-16

Family

ID=87803162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111120625A TWI806642B (zh) 2022-06-02 2022-06-02 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI806642B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200905552A (en) * 2007-07-24 2009-02-01 Via Tech Inc Apparatus and method for real-time microcode patch
US20210327508A1 (en) * 2020-01-15 2021-10-21 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Methods and systems for an analog cam with fuzzy search
US20210343341A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Analog content addressable memory utilizing three terminal memory devices
US20220122646A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Hardware accelerator with analog-content addressable memory (a-cam) for decision tree computation
US20220138204A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Accelerating constrained, flexible, and optimizable rule look-ups in hardware

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200905552A (en) * 2007-07-24 2009-02-01 Via Tech Inc Apparatus and method for real-time microcode patch
US20210327508A1 (en) * 2020-01-15 2021-10-21 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Methods and systems for an analog cam with fuzzy search
US20210343341A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Analog content addressable memory utilizing three terminal memory devices
US20220122646A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Hardware accelerator with analog-content addressable memory (a-cam) for decision tree computation
US20220138204A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Accelerating constrained, flexible, and optimizable rule look-ups in hardware

Also Published As

Publication number Publication date
TW202349399A (zh) 2023-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11289162B2 (en) Analog content addressable memory utilizing three terminal memory devices
KR101662168B1 (ko) 공간적 및 온도 편차들에 대한 민감도가 감소된 감지 회로 및 방법
KR20060002759A (ko) 비휘발성 메모리 디바이스 내 셀을 프로그램하는 시스템 및방법
US20100046302A1 (en) Complementary Reference method for high reliability trap-type non-volatile memory
US20160042800A1 (en) Semiconductor memory device
US9177663B2 (en) Dynamic regulation of memory array source line
US9105330B1 (en) Memory devices configured to apply different weights to different strings of memory cells coupled to a data line and methods
US10573395B1 (en) Source voltage modulated reads in non-volatile memories
CN114758695B (zh) 基于铁电隧穿场效应晶体管FeTFET实现多值内容可寻址存储器MCAM的方法
TWI806642B (zh) 類比內容定址記憶體裝置、類比內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法
US8422306B2 (en) Non-volatile semiconductor memory device
US11967378B2 (en) Analog content addressable memory device, analog content addressable memory cell and method for data searching and comparing thereof
TWI785787B (zh) 內容定址記憶體(cam)晶胞，cam記憶體裝置及其操作方法
US11756620B2 (en) Content-addressable memory and analog content-addressable memory device
CN114743578B (zh) 基于铁电隧穿场效应晶体管FeTFET实现三态内容可寻址存储器TCAM的方法
Tseng et al. An Analog In-Memory-Search Solution based on 3D-NAND Flash Memory for Brain-Inspired Computing
US11823749B2 (en) CAM cell, CAM memory device and operation method thereof
TWI786011B (zh) 內容定址記憶體裝置、內容定址記憶體晶胞及其資料搜尋比對方法
US20230352087A1 (en) Content addressable memory device, content addressable memory cell and method for data searching and comparing thereof
TWI788987B (zh) 用於類比內容可定址記憶體的記憶胞以及類比內容可定址記憶體裝置
TWI849716B (zh) 混合式記憶體內搜尋(ims)內容定址記憶體(cam)單元、記憶體裝置及資料搜尋方法
US11257547B2 (en) Operation method for memory device
JP3095918B2 (ja) 不揮発性半導体メモリ
US20230063076A1 (en) Content addressable memory device and operating method thereof
TW202433470A (zh) 混合式記憶體內搜尋(ims)內容定址記憶體(cam)單元、記憶體裝置及資料搜尋方法