新兴基于材料的TCAMs的基准测试

《IEEE Journal on Exploratory Solid-State Computational Devices and Circuits》：Benchmarking of Emerging Material-Based TCAMs

　　

摘要：

本研究通过对 ternary content-addressable memory (TCAM) 实现方案进行全面的基准测试，使用了精确的时间模拟工具 SPICE，系统地比较了传统的 CMOS 设计与新兴的器件技术，包括磁隧道结 (MTJs)、铁电隧道结 (FTJs)、铁电场效应晶体管 (FeFETs) 和二维可重构场效应晶体管 (2D RFETs)。评估了关键性能指标，如搜索延迟、搜索能量、静态功耗、单元面积、感应裕度、电源敏感度以及与 CMOS 的兼容性，并分析了影响可扩展性和可靠性的技术特定权衡因素。研究结果表明，基于 FeFET 的 TCAM 是最平衡且最具可扩展性的解决方案，在能效、搜索延迟和单元面积方面相较于 CMOS 基线取得了显著改进。基于 2D RFET 的 TCAM 在搜索能量、静态功耗和占用面积方面具有优势，但这些优势被过高的搜索延迟和有限的 CMOS 兼容性所抵消，主要是由于材料质量和工艺集成方面的挑战。基于 MTJ 和 FTJ 的电阻式 TCAM 在面积和延迟方面有中等程度的提升，同时保持了良好的 CMOS 兼容性，但由于搜索操作期间感应放大器的静态功耗过高，导致搜索能量显著增加。这种行为揭示了电阻式 TCAM 架构中能效与可靠性之间的固有权衡。