[发明专利]一种增强型TL-TCAM查表型硬件搜索引擎

说明书

一种增强型TL‑TCAM查表型硬件搜索引擎，每个字电路包括多个增强型TL‑TCAM单元电路，增强型TL‑TCAM单元电路包括四个存储单元和十三个N型晶体管；存储单元MC采用双稳态电路结构，存储值位于存储单元MC的T端，存储单元MC的F端为其“非”值，m个增强型TL‑TCAM单元电路并行连接在一起组成子段电路，m为正整数，子段电路中每个增强型TL‑TCAM单元电路的字线WL、匹配线ML、ML_x各自分别短接在一起，匹配线ML与N型晶体管N15的漏极相连，ML_x与N型晶体管N15的栅极相连，N型晶体管N15的源极接地，ML_x与N型晶体管N14的漏极相连，N型晶体管N14的源极接地，N型晶体管N14的栅极与信号线OneX_in‑Sement_b相连，多个子段电路并行连接组成一个字电路。本发明具有晶体管数少、搜索速度高、功耗低等优点。

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及一种增强型TL-TCAM查表型硬件搜索引擎。

背景技术

发明人在此电路上继续研究发现，若将TCAM单元Tcell每2位组合，优化形成新的电路单元TL-Tcell，可以使匹配线寄生电容降低一半，搜索线翻转耗电的概率降低一半，搜索性能大幅提高。TL-Tcell单元中存储的数据需要从TCAM中处理得到。

TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)是一种高速的硬件搜索引擎，广泛的应用于搜索密集型操作中，如Internet中的主干网/边沿网的路由器中，实现路由表查找及数据包转发，BiCAM(Binary CAM)只能存储1bit数据0或1，而TCAM可以存储0、1、X三个值，这里X是通配符，既可以表示0，也可以表示1。

根据工作原理的区别，TCAM(Ternary Content-Addressable Memory)的匹配线主要分为NOR型和NAND型两种，如图1所示，它主要由存储单元、匹配线ML、搜索线SL、比较管M1-M4组成。其中，存储单元是6管SRAM单元，图1省略了2个读写访问管，单元电路的功能描述见表1。

表1 TCAM单元编码

NOR型TCAM字电路是将NOR型TCAM单元并行的连接在一起组成。NAND型TCAM字电路是将NAND型TCAM单元串联在一起组成。如图2所示。其中NOR型匹配线结构是将NOR型TCAM单元的匹配线ML并行连接，而NAND型匹配线是将NAND型TCAM单元串行连接。TCAM就是由字电路组成的阵列、译码器、优先级编码器组成，如图3所示。TCAM工作时，所有的字电路同时启动，导致TCAM的功耗很高，一个典型的TCAM芯片功耗为25瓦左右。如何在不影响搜索速度的情况下降低功耗是国内外学者的一个主要研究方向。

2007年N.Mohan等人提出了一种NOR型低寄生电容的TCAM单元结构(详见[1]N.Mohan,et al.,“Low-capacitance and charge-shared match lines for low-energyhigh-performance TCAMs,”IEEE JSSC,vol.42,no.9,pp.2054-2060,Sept 2007.)，如图4所示。其匹配线ML上只有一个管子M1，而传统的16T NOR型TCAM单元(见图1(a))的ML上连接了2个管子M1和M2。寄生电容降低，功耗也就得到了降低，电路速度也能加快。

2017年张建伟等人提出了紧凑查表硬件搜索引擎及其数据转换方法(详见[2]张建伟等，紧凑查表硬件搜索引擎及其数据转换方法，发明专利，专利号：201711402026.9；[3]Jianwei Zhang,etc.,Lookup-table hardware search engine,US patent,No.:US10,831,487B2)。

2017年张建伟等人提出了查表型硬件搜索引擎(详见[4]张建伟等，查表型硬件搜索引擎，发明专利，专利号：201711402362.3)，如图5所示。