Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế bộ nhớ Tcam 32x32 thực hiện trên phần mềm Cadence

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH
HỆ ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

THIẾT KẾ BỘ NHỚ TCAM 32X32
THỰC HIỆN TRÊN PHẦN MỀM CADENCE

SVTH:

ĐỖ LÊ VIỄN
MSSV: 20119306
NGUYỄN MINH TRÍ
MSSV: 20119297

TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2025

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

THIẾT KẾ BỘ NHỚ TCAM 32X32
THỰC HIỆN TRÊN PHẦN MỀM CADENCE

SVTH:

ĐỖ LÊ VIỄN
MSSV: 20119306
NGUYỄN MINH TRÍ
MSSV: 20119297

GVHD: ThS. TRƯƠNG QUANG PHÚC

TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2025

LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô khoa Điện – Điện tử
đã cung cấp các kiến thức nền tảng từ các môn học trong ngành Công nghệ Kỹ
thuật Máy tính để em có thể vận dụng thực tiễn vào đồ án tốt nghiệp này.
Nhóm thực hiện đề tài cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trương Quang Phúc
đã trực tiếp hướng dẫn, chia sẻ những kiến thức hay, truyền đạt những kinh nghiệm
quý báo trong trong khoảng thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp để có thể hoàn
thành tốt đề tài này.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

i

ii

TÓM TẮT
Bộ nhớ là một thành phần rất quan trọng trong hệ thống máy tính, hệ thống
nhúng và IoT, viễn thông. Bộ nhớ có nhiều loại và được dùng cho nhiều mục đích
khác nhau như SRAM dùng trong bộ nhớ đệm, SSD và HDD được dùng để lưu trữ
dữ liệu, các đĩa CD dùng cho việc lưu trữ ngoài. Ngoài ra, có một loại bộ nhớ khá
đặc biệt thường được dùng trong các bộ chuyển mạch, bộ định tuyến cần tra cứu
địa chỉ MAC, tra cứu ACL, ứng dụng vào trong AI đó là TCAM. Đây là một loại
bộ nhớ có khả năng tìm kiếm dữ liệu một cách đồng thời trong bộ nhớ trong một
chu kỳ xung nhịp và trả về địa chỉ mà dữ liệu đang được lưu. Nhưng vì kết cấu
TCAM khá phức nạp nên công suất và chi phí cao.
Trong đề tài nghiên cứu này, nhóm thực hiện đề tài sẽ nghiên cứu về thiết kế
mạch và mô phỏng bộ nhớ TCAM 32x32 sử dụng công nghệ gpdk 90nm của
TSMC thực hiện trên phần mềm Cadence. Bài báo cáo sẽ bao gồm phần lý thuyết
công nghệ CMOS, các loại bộ nhớ, TCAM và thiết kế mạch thành phần của TCAM
(ô nhớ TCAM, khối điều khiển, khối giải mã, khối ghi dữ liệu, khối dữ liệu so
sánh, khối nạp trước và khuếch đại cảm nhận đường khớp ML, khối mã hóa ưu
tiên, khối thông báo kết quả) sau đó ghép lại thành bộ nhớ TCAM 32x32. Sau đó,
tiến hành chạy mô phỏng, đo công suất và độ trễ theo nhiệt độ ở các mức điện áp
khác nhau sau đó tiến hàn
...

...
các chức năng ghi và tìm kiếm của bộ nhớ, đánh giá được độ
trễ và công suất của bộ nhớ ở các mức điện áp, nhiệt độ khác nhau.

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đề tài này có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau. Một số đề xuất tiêu
biểu cho việc phát triển đề tài có thể được kể tới là:
-

Thiết kế bộ nhớ TCAM 32x32 công suất thấp.

-

So sánh công suất của các kiến trúc TCAM khác như 6T, TCAM 12T,
TCAM 14T lựa chọn kiến trúc tối ưu cho bộ nhớ TCAM 32X32.

67

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]

Nitin Mohan, Wilson Fung, Derek Wright and Manoj Sachdev,
“Design Techniques and Test Methodology for Low-Power TCAMs”,
June 2006.

[2]

Eun Chu Oh and Paul D. Franzon, “Design Considerations and
Benefits ofThree Dimensional Ternary Content Addressable Memory”,
27 April 2016.

[3]

Lê Tiến Đạt, Đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế bộ nhớ TCAM công suất
thấp 64x64”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, 07/2024.

[4]

Dam Trong Luan and Vo Minh Huan, Thiết kế bộ nhớ CAM công
suất thấp dùng kỹ thuật power gating, Journal of Technical Education
Science, 09/2018.

[5]

Võ Minh Huân, Giáo trình thiết kế mạch tích hợp CMOS, Nhà Xuất
Bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2019.

[6]

Võ Văn Chín, Nguyễn Hồng Vân, Phạm Hữu Tài, Giáo trình kiến
trúc máy tính, Đại học Cần Thơ, 12/2003.

[7]

Kostas Pagiamtzis and Ali Sheikholeslami, “Content-Addressable
Memory (CAM) Circuits and Architectures: A Tutorial and Survey”,
IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 41, NO. 3,
MARCH 2006.

[8]

J. Baliga, “Chips go beyond vertical [3D IC interconnection],”,
Spectrum, vol. 41, pp. 43-47, Mar. 2004.

[9]

MIT Lincoln Laboratory, “MITLL low-power FD SOI CMOS
process: Design guide,”, revision 2006:7, Oct. 2006.

68

[10]

H. Miyatake and M. Tanaka and Y. Mori, “A design for high-speed
lowpowerCMOS fully parallel content-addressable memory macros,”,
IEEE J. Solid state Circuits, vol. 36, pp. 956-968, June 2001.

[11]

D. Perry and P. Gillingham, “Ternary CAM cell for reduced
matchline capacitance,”, United States Patent Application Publication,
Pub. No. US 2005/0276086, USPTO Class 365, Dec. 2005.

[12]

I. Arsovski, T. Chandler and and A. Sheikholeslami, “ A ternary
content (TCAM) ssable memory (TCAM) based on 4T static storage and
including a current-race sensing scheme,”, IEEE J. Solid-State Circuits,
vol. 38, no. 1, pp. 155–158, Jan. 2003.

[13]

P. Vlasenko and D. Perry, “Matchline sensing for content
addressable memories,”, U.S. Patent 6 717 876, Apr. 6, 2004.

69