学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

低功耗三元内容寻址存储器设计

作　者: 杨元秋
导　师: 辛晓宁
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 三元内容寻址存储器低功耗动态电路 MLSA
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 39次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着因特网用户数量的急剧增长,以及网络实施应用程序的兴起亟需一种高速网络。通讯介质的传输速度已经达到高速网络的需求,制约网络传输速度的关键在于通讯介质之间的传输节点(路由器、交换机)的转发速度。新的IPv6协议,要求更长的IP地址位数和更快的传输速率,因此设计出一种高速低功耗的转发模块来解决这一问题。论文提出了一种基于三元内容寻址存储器(Ternary Content AddressableMemories)的芯片来解决地址查找和转发的问题。TCAM是一种具有“位屏蔽”功能的硬件查找表,可以在一个时钟周期内实现大规模的查表运算,非常适合网络的应用环境。为降低TCAM芯片的功耗,首先将512*144位芯片从整体上分割成大小为64*144位的8小块,每一小块都具备独立操作的特性,大多数情况下只需要激活其中之一,而芯片系统集成时只要通过简单连接就可以组成整体电路。TCAM的功耗主要消耗在了搜索操作上,论文又针对每一小块进行架构级和电路级的两级优化,在架构级优化中提出了搜索线分块策略以及对匹配线进行预搜索、主搜索两级搜索的方法降低功耗同时提高速度,在电路级优化中提出了一种匹配线敏感放大器MLSA和一种电荷共享电路进一步降低了搜索功耗。此外论文还就TCAM中的优先级编码器进行了低功耗优化,通过使用动态逻辑电路,尽可能地减小了搜索功耗之外的其他功耗。通过使用Cadence IC50系统对设计的电路进行了仿真,取得了较好的结果。8*144位TCAM搜索一次的功耗为26.09mW,工作速度可达到62.5MHz。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-13
  1.1 课题的来源和意义  10-11
  1.2 课题的研究内容和目标  11-12
    1.2.1 课题研究内容  11
    1.2.2 课题的目标  11-12
  1.3 论文结构  12-13
第二章 TCAM工作原理  13-22
  2.1 二元内容寻址存储器CAM  13-17
    2.1.1 CAM的基本结构  14
    2.1.2 CAM的搜索操作  14-16
    2.1.3 CAM阵列介绍  16-17
  2.2 三元内容寻址存储器TCAM  17-20
    2.2.1 典型的"或非"型TCAM(NOR TCAM)  17-19
    2.2.2 典型的"与非"型TCAM(NAND TCAM)  19-20
  2.3 TCAM的工作流程图  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 TCAM存储单元选取和读写电路设计  22-30
  3.1 TCAM存储单元的选择和参数确定  22-23
  3.2 适合TCAM的6管SRAM读写分析  23-25
    3.2.1 6管SRAM读操作分析  23-24
    3.2.2 6管SRAM写操作分析  24-25
  3.3 适合TCAM应用的SRAM外围电路  25-29
    3.3.1 适用于TCAM的SRAM读写电路  25-28
    3.3.2 TCAM单元的预充电路  28
    3.3.3 适用于TCAM的SRAM译码电路  28-29
  3.4 本章小结  29-30
第四章 TCAM阵列设计  30-45
  4.1 匹配线敏感放大器(Match Line Sense Amplifiers:MLSA)  30-35
  4.2 TCAM芯片布局  35-37
  4.3 低功耗TCAM阵列设计技术  37-43
    4.3.1 TCAM阵列的功耗模型  37-38
    4.3.2 TCAM匹配线ML低功耗优化  38-42
    4.3.3 TCAM搜索线SL低功耗优化设计  42-43
  4.4 本章小结  43-45
第五章 TCAM优先级编码器设计  45-55
  5.1 多匹配决策器设计  46-53
    5.1.1 静态逻辑vs动态逻辑  46-47
    5.1.2 典型的优先级管理电路结构  47-48
    5.1.3 优先级管理电路的实现方法  48-51
    5.1.4 一种改进的低功耗优先级管理电路  51-53
  5.2 匹配地址编码器的设计  53-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章 TCAM整体电路功能验证与仿真分析  55-75
  6.1 整体芯片设计  55-57
  6.2 TCAM各组成电路仿真分析  57-69
    6.2.1 TCAM单元仿真分析  57-61
    6.2.2 匹配线灵敏放大器仿真分析  61-66
    6.2.3 优先级编码器仿真分析  66-69
  6.3 8*144TCAM电路仿真分析  69-71
  6.4 整体电路仿真分析  71-75
第七章结论  75-76
参考文献  76-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

低功耗三元内容寻址存储器设计

内容摘要

全文目录

相似论文