[发明专利]一种减少内容可寻址存储器功耗的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种内容可寻址存储器，具体地说，涉及一种旨在减小内容可寻址存储器在搜索操作期间的功耗的装置和方法以及一种内容可寻址存储器。

背景技术

内容可寻址存储器(CAM，Content Addressable Memory)是一种根据所存储数据的内容而不是所存储数据的位置来访问和搜索数据的存储设备。通常，CAM接收待搜索数据，比较待搜索数据与CAM存储的内容，以确定在待搜索数据和CAM存储的内容之间是否存在匹配。在CAM中，每一个存储位置都与一条匹配线相连，匹配线指示所存储的数据与待搜索数据的比较结果，例如，匹配或不匹配。然后，优先编码器处理指示匹配状态的所有匹配线，以确定最高优先级的匹配地址。CAM由于数据检索速度快等优势而被广泛地用于网络、图形处理、高速数据处理等应用中。

传统的CAM如图1所示，图1是传统CAM的电路结构示意图。如图1所示，现有的CAM大体上包括匹配线预充电路101、CAM阵列102、匹配线读出电路103和优先编码器104。进一步地，CAM阵列102包括若干个CAM基本单元B，在图1中包括N×M个CAM基本单元B，其中，N为CAM阵列102的列数，M为CAM阵列102的行数。CAM阵列的每一行都代表并存储一个数据字，每个数据字都有N位（或者说N个比特），分别存储在CAM阵列的N列上。于是，M指示CAM阵列存储的数据字的数量，N指示每个数据字的位数。每个CAM基本单元B都包括存储单元和比较单元，每一行的存储单元分别存储该行数据字中的一位。

在进行搜索时，匹配线预充电路101首先将PU设置为低电平，上拉PMOS管导通，从而使CAM阵列102的所有匹配线ML[0]、ML[1]…ML[M-1]预充电为高电平，逻辑上表示为1，待搜索的数据字按照各个位从各个搜索线对SL和/SL输入，搜索线对SL和/SL与CAM基本单元的比较单元相连，这样，待搜索的数据字的各个位在各个CAM基本单元B的比较单元中与存储单元所存储的数据位进行比较，如果匹配，相应的匹配线保持高电平，如果不匹配，相应的匹配线放电到低电平或地。这种结果输出给匹配线读出电路103，匹配线读出电路103对匹配线指示的结果进行灵敏放大和输出。优先编码器104根据匹配线读出电路103输出的结果和优先顺序输出优先权最高的匹配地址。

可见，在搜索匹配期间，针对每一个搜索操作，都需要先将所有的匹配线预充电到高电平，然后对于不匹配的情况，通过放电到低电平或地来指示。进一步还已知，在大多数CAM应用中，“不匹配”的情况比“匹配”的情况发生得更为频繁。在这种情况下，将所有的匹配线预充电到高电平“1”，然后将占大多数情况的不发生匹配的匹配线放电到低电平“0”，会导致较高的能量消耗。

此外，随着应用的扩展，对更宽字的CAM的需求越来越大，这意味着与每一个匹配线相连的单元的数量会增加，这导致匹配线的电容相应地增加，其结果是，在搜索匹配期间，需要增加对匹配线进行充电和放电的电流，这无疑进一步导致了功耗的增加。

针对上述问题，业内尝试着提出一些解决方案来减少搜索操作期间的功耗。例如，US2008031033、WO02056565、US6,243,280和US6,191,970等专利文献，分别提出了采用分级和/或分段机制的CAM，这些方案的基本原理和思路是，对CAM中存储的数据和匹配线按照位数进行分级或分段，根据先前分级或分段的匹配或不匹配结果，来顺序地激活后续的搜索匹配操作。

根据上述方案，如果在前的分段已经指示了不匹配的结果，则后续分段就不需要执行比较和匹配的操作了，这在某种程度上减小了功耗，但是对于每个分级或分段的内容而言，它们分别承载数据所在行中的部分信息，因此，每个分级或分段的比较都是一种局部比较，最极端的情况就是之前所有的分段都指示了匹配，而恰恰是最后一个分段不匹配，在这种情况下，上述方案根本没有使功耗得到减小。换句话说，试图采用分级或分段这种机制来减小CAM搜索操作期间的功耗，效果是有限的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种能减少CAM在搜索操作期间的功耗的方法及装置以及一种内容可寻址存储器。

本发明的技术方案是这样构思的。

一种减少内容可寻址存储器（CAM）在搜索操作期间的功耗的装置，其包括：

预处理模块，其根据预处理模式预处理CAM中的数据、待搜索数据；