基于忆阻的内容可寻址存储与搜索技术研究

摘要

大容量的内容可寻址存储器(CAM)被广泛地应用于各种场合，如网络路由器、图像编码、曲线提取等。随着应用范围的进一步扩大，其功耗问题变得尤为突出，因此设计一种低功耗、高密度的CAM单元变得尤为重要。忆阻具有非易失性、阻值可变性等特性，是一种具有记忆功能的可变电阻。同时因其与CMOS工艺兼容，使得设计基于忆阻和MOS管的混合电路成为可能。基于上述两点，本文将忆阻器与MOS电路结合，研究了基于忆阻的内容可寻址存储器。
　　本文首先对忆阻器的特性进行了分析，建立了SPICE模型，并对它的电学特性进行了仿真，得到了忆阻器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线。然后给出了一种忆阻器阻值控制电路，该电路采用了两个电压负反馈电路，通过输入电压控制忆阻器最终阻值，具有精度高、速度快等优点。最后研究了两种基于忆阻的内容可寻址存储器单元，即7T2M MCAM和9T2M MCAM，两种方案主要的不同之处在于搜索功能的实现上。完成了电路功能的分析后，通过HSPICE软件仿真，证实了两种方案的可行性，并且得到了相关参数。通过将两种方案与传统的CAM单元进行比较，得出了三种电路关于存储和搜索速度以及硅片占用面积的比较结果。
　　由于忆阻具有掉电非易失性，所以通过关掉一些CAM块，将大幅度降低CAM的功耗。同时，忆阻的纳米特性使得基于忆阻的MCAM比传统CAM的集成度更高。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容

1.4 本文的内容安排

2 忆阻器存在依据及基本性质

2.1 忆阻器的存在依据

2.2 忆阻器特性分析

2.3 本章小结

3 忆阻器特性仿真

3.1 忆阻器模型分析

3.2 忆阻器的I-V特性

3.3 忆阻器阻值状态控制

3.4 本章小结

4 传统的内容可寻址存储器

4.1 CAM模块

4.2 CAM单元结构

4.3 本章小结

5 基于忆阻的MCAM单元

5.1 忆阻器-MOS电路

5.2 7T2M或非型MCAM单元

5.3 9T2M或非型MCAM单元

5.4 三种CAM单元比较分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献