Vertical Partial Control TCAM Design and Implementation

Ternary Content Addressable memory (TCAM) is widely used in the routing table of the network router. Besides the dynamic power dissipated in?active mode, however, TCAM also consumes?large amount of leakage power in standby mode. In this paper, we propose the vertical partial control (VPC) technique to reduce the?leakage power consumption of TCAM.?Based on the vertiacally continuous 'don't care' feature shown in the routing table, the VPC technique uses segmentation method to?reduce the leakage power dissipated in the TCAM celles with 'don't care' mask. For a 128x32-bit TCAM array, using TSMC 0.18um technology process the simulation results show that the VPC?technique can reduce the?leakage power consumption by 14.24% compared to the conventional TCAM design.現今三元內容可定址記憶體(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)被廣泛應用在網路路由器中的路由表中，三元內容可定址記憶體並非只有在運作模式下有功率消耗，在待機模式下仍會有漏電流(Leakge)的現象發生。在本篇論文中，藉由路由表don't care垂直連續的特點，我們提出垂直部分控制(Vertical Partial Control)技術應用於三元內容可定址記憶體，以減少整體靜態功率消耗。使用台積電0.18微米製程，實驗模擬結果顯示，與傳統TCAM相比，採用垂直部分控制技術可節省14.24%的靜態功率消耗。中文摘要 i 英文摘要 iii 目錄 v 表格目錄 vii 圖目錄 viii 1、 簡介 1 2、 傳統三元內容可定址記憶體 6 2.1. 傳統TCAM架構 6 2.2. TCAM的功率消耗分析 18 2.3. 相關研究 24 3、 垂直部分控制三元內容可定址記憶體設計 28 3.1. 路由表遮罩位元垂直連續性 28 3.2. 垂直部分控制設計 32 3.3. 垂直部分控制分割方法 37 4、 實驗結果分析 38 4.1. 模擬時序圖 38 4.2. 靜態功率消耗分析 45 4.3. 路由表分析與比較 47 4.4. 面積分析 49 5、 晶片製作 50 5.1. 晶片設計流程 50 5.2. 晶片佈局圖 52 5.3. 晶片腳位定義 54 5.4. 細部電路圖介紹 56 5.4.1. 5對32解碼器 56 5.4.2. 字組線控制電路 57 6、 結論 58 7、 未來展望 59 8、 參考文獻 6