發(fā)布時(shí)間：2017-03-22 23:14

  本文關(guān)鍵詞：高性能低功耗TCAM研究與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：三態(tài)按內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器(TCAM)是一種高速硬件搜索引擎,不僅具有普通存儲(chǔ)器(如SRAM, DRAM等)的存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)功能,還能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配查找。TCAM主要應(yīng)用于核心路由器的查找表,數(shù)據(jù)壓縮,模式識(shí)別和圖像處理等。目前較為成功的商業(yè)應(yīng)用為核心路由器的數(shù)據(jù)包分類轉(zhuǎn)發(fā)。TCAM的高速搜索源于內(nèi)部搜索操作的并行性,因此TCAM的功耗問題較為嚴(yán)重。隨著IPv6的普及與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,大容量,長(zhǎng)字的TCAM芯片需求對(duì)搜索速度和功耗提出更高的挑戰(zhàn)。許多研究者致力于研究在不犧牲搜索速度的前提下降低TCAM芯片功耗。在此背景下,本論文對(duì)高性能低功耗的TCAM芯片進(jìn)行研究。論文首先提出了一種新型低匹配線電容TCAM單元,該單元匹配線電容較小,有利于降低匹配線功耗。與同類型單元相比,該單元還能夠有效避免短路功耗以及潛在功能錯(cuò)誤等問題。其次論文提出了一種OR型級(jí)聯(lián)匹配線策略,該策略只有在前一級(jí)匹配的情況下才啟動(dòng)下一級(jí)搜索操作。由于該匹配線策略預(yù)充電節(jié)點(diǎn)電容較小,并且第一級(jí)全匹配概率低,因此該方案有效地降低了匹配線功耗。而當(dāng)全字匹配時(shí),論文所提方案的字電路等效為串聯(lián)的反相器,因此搜索速度較高。接著論文采用Verilog語言設(shè)計(jì)了具有8級(jí)流水的RTL級(jí)TCAM控制器,該控制器有效地提高了大容量TCAM芯片搜索速度與吞吐量。最后論文對(duì)TCAM控制器進(jìn)行邏輯綜合與后端設(shè)計(jì)。基于所提匹配線方案,論文采用0.13-um1.2-V SMIC工藝對(duì)64字×72比特的TCAM核進(jìn)行實(shí)現(xiàn),其中級(jí)聯(lián)數(shù)目為3級(jí)。前仿結(jié)果表明,電路搜索速度為0.48 ns,功耗為0.41fJ/bit/search。論文將電路進(jìn)行版圖實(shí)現(xiàn),版圖面積僅為97614.14 um2。版圖后仿真結(jié)果表明,電路搜索速度為1.13 ns,功耗為0.58fJ/bit/search。在相同工藝下,論文對(duì)控制器進(jìn)行綜合。綜合結(jié)果表明,TCAM控制器最高工作速度達(dá)400Mhz。
【關(guān)鍵詞】：按內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器 匹配線 搜索速度
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-20
• 1.1 課題背景及研究意義8
• 1.2 CAM簡(jiǎn)介8-13
• 1.2.1 CAM基礎(chǔ)8-12
• 1.2.2 匹配線功耗模型12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)安排18-20
• 2 高速低功耗OR型級(jí)聯(lián)匹配線方案20-31
• 2.1 低匹配線電容的NOR型TCAM單元20-23
• 2.2 OR型級(jí)聯(lián)匹配線23-28
• 2.2.1 OR型級(jí)聯(lián)匹配線結(jié)構(gòu)23-25
• 2.2.2 晶體管尺寸選擇原則25-28
• 2.3 性能對(duì)比28-29
• 2.3.1 不同級(jí)數(shù)之間性能對(duì)比28
• 2.3.2 與其他匹配線策略之間性能對(duì)比28-29
• 2.4 版圖后仿真29-31
• 3 TCAM控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證31-45
• 3.1 TCAM控制器功能分析31-36
• 3.1.1 TCAM存儲(chǔ)體及功能31-32
• 3.1.2 TCAM控制器接口信號(hào)32
• 3.1.3 TCAM芯片指令及時(shí)序32-35
• 3.1.4 TCAM主要寄存器及功能35-36
• 3.2 TCAM控制器的設(shè)計(jì)36-41
• 3.2.1 TCAM控制器流水線結(jié)構(gòu)36-38
• 3.2.2 TCAM控制器的功能框圖38-41
• 3.3 TCAM控制器的驗(yàn)證41-45
• 3.3.1 定向測(cè)試41-43
• 3.3.2 隨機(jī)測(cè)試43-44
• 3.3.3 驗(yàn)證結(jié)果分析44-45
• 4 TCAM芯片綜合45-59
• 4.1 邏輯綜合46-49
• 4.1.1 綜合腳本分析46-49
• 4.1.2 綜合結(jié)果49
• 4.2 后端設(shè)計(jì)49-59
• 4.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入50-51
• 4.2.2 布局規(guī)劃51-53
• 4.2.3 單元放置53-54
• 4.2.4 時(shí)鐘樹綜合54
• 4.2.5 全局與細(xì)節(jié)布線54-56
• 4.2.7 時(shí)序驗(yàn)證56
• 4.2.8 功能等價(jià)性檢查56-58
• 4.2.9 物理驗(yàn)證58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況64-65
• 致謝65-66

【相似文獻(xiàn)】

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1 李秉雨;郭福亮;孫浩;;基于單機(jī)的搜索優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)[J];艦船電子工程;2008年11期

2 沁心;游俠新招[J];電腦愛好者;2001年11期

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1 ;提高搜索速度 跨平臺(tái)至關(guān)重要[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

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1 鄭善興;高性能低功耗TCAM研究與實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：262437