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KR101897389B1 - Content addressable memory having magnetoresistive memory - Google Patents

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KR101897389B1
KR101897389B1 KR1020170010600A KR20170010600A KR101897389B1 KR 101897389 B1 KR101897389 B1 KR 101897389B1 KR 1020170010600 A KR1020170010600 A KR 1020170010600A KR 20170010600 A KR20170010600 A KR 20170010600A KR 101897389 B1 KR101897389 B1 KR 101897389B1
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voltage
sense amplifier
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유창식
김경민
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한양대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

자기 저항 메모리 및 복수의 트랜지스터들을 사용하는 내용 주소화 기억 장치가 개시된다. 상기 내용 주소화 기억 장치는 자기 저항 메모리들 및 상기 자기 저항 메모리들 사이의 노드와 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 1 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 상기 자기 저항 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가된다. A content addressable memory device using a magnetoresistive memory and a plurality of transistors is disclosed. The content addressable memory device includes magnetoresistive memories and a first transistor connecting between the sense amplifier and a node between the magnetoresistive memories. Here, a search line is connected to one end of one of the magnetoresistive memories, a search line bar is connected to one end of another magnetoresistive memory, and a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search.

Description

자기 저항 메모리를 사용하는 내용 주소화 기억 장치{CONTENT ADDRESSABLE MEMORY HAVING MAGNETORESISTIVE MEMORY}{CONTENT ADDRESSABLE MEMORY HAVING MAGNETORESISTIVE MEMORY USING MAGNETIC RESISTANCE MEMORY}

본 발명은 자기 저항 메모리, 예를 들어 MTJ를 사용하는 내용 주소화 기억 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a content addressable memory device using a magnetoresistive memory, for example, an MTJ.

종래의 내용 주소화 기억 장치는 데이터를 저장하기 위하여 정적 기억 장치(SRAM)를 이용하였다. 구체적으로는, 내용 주소화 기억 장치는 데이터의 주소를 정적 기억 장치에 저장한 후 외부에서 입력된 데이터의 주소와 상기 저장된 주소의 일치 여부를 판단한다. Conventional content addressable storage uses static storage (SRAM) to store data. Specifically, the content addressable storage device stores the address of the data in the static storage device, and determines whether the address of the externally input data matches the stored address.

그러나, SRAM을 사용하면, 외부 전원 공급이 중단되면 SRAM에 저장된 데이터가 지워진다. 결과적으로, 새로 전원이 공급되면 필요로 하는 데이터를 SRAM에 다시 저장해주는 동작이 필요하다. However, when SRAM is used, data stored in the SRAM is erased when the external power supply is interrupted. As a result, it is necessary to restore the SRAM to the required data when the power is supplied again.

또한, SRAM은 복수의 트랜지스터들로만 구성되어 있기 때문에 고집적 메모리를 요하는 애플리케이션에 적합하지 않다. In addition, since the SRAM is composed of only a plurality of transistors, it is not suitable for an application requiring a highly integrated memory.

KRKR 10-013648010-0136480 BB

본 발명은 자기 저항 메모리 및 복수의 트랜지스터들을 사용하는 내용 주소화 기억 장치를 제공하는 것이다.The present invention provides a magnetoresistive memory and a content addressable memory device using a plurality of transistors.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치는 자기 저항 메모리들; 및 상기 자기 저항 메모리들 사이의 노드와 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 1 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 상기 자기 저항 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a content addressable memory device including: magnetoresistive memories; And a first transistor connecting a node between the magnetoresistive memories and the sense amplifier. Here, a search line is connected to one end of one of the magnetoresistive memories, a search line bar is connected to one end of another magnetoresistive memory, and a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search.

본 발명의 다른 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치는 복수의 셀들 및 상기 셀들과 연결된 센스 증폭기를 포함하는 어레이를 포함한다. 상기 각 셀은 자기 저항 메모리들; 및 상기 자기 저항 메모리들 사이의 노드와 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 1 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 상기 자기 저항 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가된다. A content addressable memory device according to another embodiment of the present invention includes an array including a plurality of cells and a sense amplifier coupled to the cells. Each cell comprising magnetoresistive memories; And a first transistor connecting a node between the magnetoresistive memories and the sense amplifier. Here, a search line is connected to one end of one of the magnetoresistive memories, a search line bar is connected to one end of another magnetoresistive memory, and a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치는 비휘발성 저항 메모리들; 및 상기 비휘발성 메모리들 사이의 노드에 연결된 제 1 트랜지스터를 포함한다. 여기서, 상기 비휘발성 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가되고 상기 제 1 트랜지스터를 통하여 상기 비휘발성 저항 메모리들로 전류가 흐른다. A content addressable memory device according to another embodiment of the present invention includes non-volatile resistance memories; And a first transistor coupled to the node between the non-volatile memories. Here, a search line is connected to one end of one of the nonvolatile memories, a search line bar is connected to one end of the other magnetoresistive memory, a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search, Current flows through the transistor to the non-volatile resistive memories.

본 발명에 따른 내용 주소화 기억 장치는 자기 저항 메모리, 예를 들어 MTJ와 트랜지스터들로 구현되며, 그 결과 전원 공급이 차단되더라도 자기 저항 메모리에 다시 데이터를 저장해야 하는 문제가 발생되지 않고 고집적 메모리를 요하는 애플리케이션에 적합할 수 있으며 빠른 속도 탐색이 가능하다. The content addressable memory device according to the present invention is implemented by a magnetoresistive memory, for example, an MTJ and transistors. As a result, there is no problem of storing data again in the magnetoresistive memory, It can be suitable for the applications that need it and it is possible to search fast.

또한, 트랜지스터들의 소스들이 동일 노드에 연결되어 있으며, 그 결과 내용 주소화 기억 장치의 사이즈를 감소시킬 수 있고 탐색시 기생 저항 및 기생 캐패시터로 인하여 소스 노드의 전압이 변화하더라도 감지 동작에 영향을 주지 않을 수 있다. In addition, the sources of the transistors are connected to the same node, which can reduce the size of the content addressable memory, and even if the voltage of the source node changes due to parasitic resistances and parasitic capacitors during the search, .

게다가, 상기 내용 주소화 기억 장치는 복수의 셀들을 동시에 판별하므로, 공정 산포에 대하여 강한 특성을 가지며, 즉 신뢰성이 향상될 수 있다. In addition, since the contents addressable memory device identifies a plurality of cells at the same time, it has a strong characteristic against process dispersion, that is, reliability can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치 중 일 어레이를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 셀을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 don't care일 때의 내용 주소화 기억 장치의 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 복수의 어레이들을 포함하는 내용 주소화 기억 장치를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치에서의 신호들의 흐름을 도시한 타이밍다이어그램이다.
도 6은 내용 주소화 기억 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 타이밍다이어그램이다.
1 is a circuit diagram schematically showing an array of contents addressable memory devices according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing one cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of a content addressable memory device when do not care according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a circuit diagram illustrating a content addressable memory device including a plurality of arrays.
5 is a timing diagram illustrating the flow of signals in a content addressable memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
6 is a timing diagram showing the simulation result of the content addressable memory device.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps. Also, the terms "part," " module, "and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .

본 발명은 빠른 속도 탐색을 위해 사용되는 내용 주소화 기억 장치(Content-addressable memory, CAM), 특히 Tenary CAM(TCAM)에 관한 것으로서, 비휘발성 메모리인 자기 저항 메모리, 예를 들어 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)을 사용한다. 이 경우, 비휘발성 메모리의 쓰기 및 빠른 읽기 동작으로 필요한 정보가 빠르게 탐색될 수 있다. Field of the Invention The present invention relates to a content-addressable memory (CAM), particularly a tenary CAM (TCAM) used for fast speed searching, and a nonvolatile memory such as a magnetoresistive memory such as a magnetic tunnel junction Tunnel Junction, MTJ). In this case, the necessary information can be quickly searched by the write and fast read operations of the nonvolatile memory.

따라서, 본 발명의 내용 주소화 기억 장치는 매우 빠른 속도를 필요로 하는 애플리케이션에 사용될 수 있으며, 특히 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memroy, RAM)에서 메모리 주소를 탐색하는 데 유용하게 사용될 수 있다. Thus, the content addressable memory of the present invention can be used in applications that require very high speeds, and can be particularly useful for searching memory addresses in a random access memory (RAM).

일 실시예에 따르면, 본 발명의 내용 주소화 기억 장치는 복수의 MTJ들을 사용하되, 상기 MTJ들의 소스들이 동일 노드에 연결되도록 하여 더 작은 사이즈를 가지고 구현할 수 있다. 또한, 탐색 동작 동안 기생 저항 또는 기생 캐패시턴스에 의해 소스 노드의 전압이 변화될 지라도 감지 동작은 영향을 받지 않을 수 있다. According to one embodiment, the content addressable memory device of the present invention may use a plurality of MTJs, and the sources of the MTJs may be connected to the same node to implement a smaller size. In addition, the sensing operation may not be affected even if the voltage of the source node is changed by parasitic resistance or parasitic capacitance during the search operation.

다른 실시예에 따르면, 본 발명의 내용 주소화 기억 장치는 후술하는 바와 같이 복수의 셀들의 데이터를 동시에 판별하며, 그 결과 공정 산포에 강인한 특성을 가질 수 있어서 신뢰성이 향상될 수 있다. According to another embodiment, the content addressable memory device of the present invention identifies data of a plurality of cells at the same time as described later, and as a result, the content addressable memory device can have robust characteristics in the process spread, and reliability can be improved.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치 중 일 어레이를 개략적으로 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 셀을 도시한 회로도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 don't care일 때의 내용 주소화 기억 장치의 동작을 도시한 도면이고, 도 4는 복수의 어레이들을 포함하는 내용 주소화 기억 장치를 도시한 회로도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억 장치에서의 신호들의 흐름을 도시한 타이밍다이어그램이고, 도 6은 내용 주소화 기억 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 타이밍다이어그램이다. FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an array of contents addressable memory devices according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing one cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating operation of a content addressable memory device in a do not care state according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a contents addressable memory device including a plurality of arrays . FIG. 5 is a timing diagram showing the flow of signals in the content addressable memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a timing diagram showing a simulation result of the content addressable memory device.

도 1 및 도 4를 참조하면, 내용 주소화 기억 장치, 특히 TCAM은 복수의 어레이들(100)을 포함한다. Referring to Figures 1 and 4, a content addressable memory, in particular a TCAM, comprises a plurality of arrays 100.

각 어레이들(100)은 복수이 셀들(102) 및 센스 증폭기(Sense Amplifier, 104)를 포함한다. Each array 100 includes a plurality of cells 102 and a sense amplifier 104.

셀들(102)은 모두 동일한 구조를 가지며, 예를 들어 도 2에 도시된 구조를 가진다. 셀들(102)이 모두 동일한 구조를 가지므로, 이하 하나의 셀(102)에 대하여만 설명하겠다. The cells 102 all have the same structure, for example, the structure shown in Fig. Since the cells 102 all have the same structure, only one cell 102 will be described below.

도 2를 참조하면, 셀(102)은 제 1 MTJ(200), 제 2 MTJ(202) 및 3개의 트랜지스터들(M1, M2 및 M3)을 포함한다. 2, a cell 102 includes a first MTJ 200, a second MTJ 202, and three transistors M1, M2, and M3.

제 1 MTJ(200)와 제 2 MTJ(202)는 연결되고, 제 1 MTJ(200)의 일단은 서치 라인(Search Line, SL)에 연결되며, 제 2 MTJ(202)의 일단은 서치 라인 바(SLB)에 연결된다. 예를 들어, 제 1 MTJ(200)의 일단이 전원전압(VDD)에 연결되면 제 2 MTJ(202)의 일단은 접지에 연결되고, 제 1 MTJ(200)의 일단이 접지에 연결되면 제 2 MTJ(202)의 일단은 전원전압(VDD)에 연결될 수 있다. One end of the first MTJ 200 is connected to a search line SL and one end of the second MTJ 200 is connected to a search line (SLB). For example, when one end of the first MTJ 200 is connected to the power supply voltage V DD , one end of the second MTJ 202 is connected to the ground. When one end of the first MTJ 200 is connected to the ground, 2 One end of the MTJ 202 may be connected to the power supply voltage V DD .

일 실시예에 따르면, MTJ들(202 및 202)에 저장된 데이터의 탐색은 서치 라인(SL) 및 서치 라인 바(SLB)로 전압들을 인가함에 의해 이루어질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다. According to one embodiment, the search for data stored in the MTJs 202 and 202 may be accomplished by applying voltages to the search line SL and the search line bar SLB. A detailed description thereof will be described later.

제 1 트랜지스터(M1)는 예를 들어 NMOS 트랜지스터이다. 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트는 MTJ들(200 및 202) 사이의 노드(n1)에 연결되고, 드레인은 센스 증폭기(104)의 일 입력단(양극 입력단)에 연결되며, 소스는 제 2 트랜지스터(M2)의 소스에 연결될 수 있다. The first transistor M1 is, for example, an NMOS transistor. The gate of the first transistor M1 is connected to the node n1 between the MTJs 200 and 202 and the drain thereof is connected to one input terminal (positive input terminal) of the sense amplifier 104, M2. ≪ / RTI >

제 2 트랜지스터(M2)는 예를 들어 NMOS 트랜지스터이다. 제 2 트랜지스터(M2)의 게이트는 비트 라인(Bit line, BL)에 연결되며 기준 전압(VREF)이 입력된다. 제 2 트랜지스터(M2)의 소스는 제 1 트랜지스터(M1)의 소스에 연결되며, 드레인은 센스 증폭기(104)의 타 입력단(음극 입력단)에 연결될 수 있다. The second transistor M2 is, for example, an NMOS transistor. The gate of the second transistor M2 is connected to a bit line BL and a reference voltage V REF is input. The source of the second transistor M2 may be connected to the source of the first transistor M1 and the drain of the second transistor M2 may be connected to the other input terminal of the sense amplifier 104. [

트랜지스터들(M1 및 M2)의 소스들은 노드(n2)에 연결되며, 노드(n2)는 접지에 연결될 수 있다. The sources of the transistors M1 and M2 may be connected to the node n2 and the node n2 may be connected to the ground.

제 3 트랜지스터(M3)의 게이트는 워드 라인(Word Line, WL)에 연결되고, 소스는 비트 라인(BL)에 연결되며, 드레인은 노드(n1)에 연결된다. The gate of the third transistor M3 is connected to the word line WL, the source thereof is connected to the bit line BL, and the drain thereof is connected to the node n1.

이러한 셀(102)의 구조를 가지는 내용 주소화 기억 장치에서의 동작을 표 1 및 도 2를 참조하여 살펴보겠다. The operation of the content addressable memory having the structure of the cell 102 will be described with reference to Table 1 and FIG.

Figure 112017007988251-pat00001
Figure 112017007988251-pat00001

이하, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '0'이라고 가정하겠다. Hereinafter, it is assumed that data stored in the MTJs 200 and 202 is '0'.

MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터를 탐색하기 위하여, 데이터 '1'에 해당하는 전압 인가 동작 및 데이터 '0'에 해당하는 전압 인가 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 이 경우, 트랜지스터(M3)는 워드 라인(WL)의 전압에 의해 오프되어 있다. In order to search for data stored in the MTJs 200 and 202, a voltage application operation corresponding to data '1' and a voltage application operation corresponding to data '0' may be sequentially performed. In this case, the transistor M3 is turned off by the voltage of the word line WL.

우선, 데이터 '1'에 해당하는 전압 인가 동작을 살펴보면, 비트 라인(BL)에 기준 전압(VREF)을 인가하고, 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)을 인가하며, 서치 라인 바(SLB)에 접지전압을 인가한다. First, a reference voltage V REF is applied to the bit line BL, a power source voltage V DD is applied to the search line SL, (SLB).

즉, 트랜지스터(M2)의 게이트로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 제 1 MTJ(200)의 일단에 전원전압(VDD)이 인가되며, 제 2 MTJ(202)의 일단에 접지전압이 인가된다. 결과적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M1)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 1 전류(i1)가 흐르게 되고, 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M2)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 2 전류(i2)가 흐르게 된다. That is, the reference voltage V REF is applied to the gate of the transistor M2, the power supply voltage V DD is applied to one end of the first MTJ 200, and the ground voltage is applied to one end of the second MTJ 202 . As a result, as shown in FIG. 2, the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the MTJs 200 and 202 through the transistor M1, and the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the transistors M2 The second current i 2 flows through the MTJs 200 and 202. [

이 경우, 센스 증폭기(104)는 제 1 전류(i1)와 제 2 전류(i2)를 비교하여 "mismatch(데이터 불일치)"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류(i1)가 제 2 전류(i2)보다 작은 경우, 센스 증폭기(104)는 "mismatch"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 즉, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '1'이 아님이 확인된다. In this case, the sense amplifier 104 may generate the output OUT corresponding to "mismatch (data discrepancy)" by comparing the first current i 1 and the second current i 2 . For example, if the first current i 1 is less than the second current i 2 , the sense amplifier 104 may generate an output OUT corresponding to "mismatch". That is, it is confirmed that the data stored in the MTJs 200 and 202 is not '1'.

이어서, 데이터 '0'에 해당하는 전압 인가 동작을 살펴보면, 비트 라인(BL)에 기준 전압(VREF)을 인가하고, 서치 라인(SL)에 접지전압을 인가하며, 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)을 인가한다. Next, a reference voltage V REF is applied to the bit line BL, a ground voltage is applied to the search line SL, and a voltage applied to the search line SLB is applied to the bit line BL. Apply the power supply voltage (V DD ).

즉, 트랜지스터(M2)의 게이트로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 제 1 MTJ(200)의 일단에 접지전압이 인가되며, 제 2 MTJ(202)의 타단에 전원전압(VDD)이 인가된다. 결과적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M1)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 1 전류(i1)가 흐르게 되고, 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M2)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 2 전류(i2)가 흐르게 된다. That is, the reference voltage V REF is applied to the gate of the transistor M2, the ground voltage is applied to one end of the first MTJ 200, and the power supply voltage V DD is applied to the other end of the second MTJ 202 . As a result, as shown in FIG. 2, the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the MTJs 200 and 202 through the transistor M1, and the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the transistors M2 The second current i 2 flows through the MTJs 200 and 202. [

이 경우, 센스 증폭기(104)는 제 1 전류(i1)와 제 2 전류(i2)를 비교하여 "match(데이터 일치)"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류(i1)가 제 2 전류(i2)보다 큰 경우, 센스 증폭기(104)는 "match"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 즉, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '0'임을 확인할 수 있다. In this case, the sense amplifier 104 may compare the first current i 1 and the second current i 2 to generate an output OUT corresponding to "match (data match)". For example, if the first current i 1 is greater than the second current i 2 , the sense amplifier 104 may generate an output OUT corresponding to "match". That is, it can be confirmed that the data stored in the MTJs 200 and 202 is '0'.

다음로, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '1'이라고 가정하겠다. Next, it is assumed that the data stored in the MTJs 200 and 202 is '1'.

MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터를 탐색하기 위하여, 데이터 '1'에 해당하는 전압 인가 동작 및 데이터 '0'에 해당하는 전압 인가 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 이 경우, 트랜지스터(M3)는 워드 라인(WL)의 전압에 의해 오프된다. In order to search for data stored in the MTJs 200 and 202, a voltage application operation corresponding to data '1' and a voltage application operation corresponding to data '0' may be sequentially performed. In this case, the transistor M3 is turned off by the voltage of the word line WL.

우선, 데이터 '1'에 해당하는 전압 인가 동작을 살펴보면, 비트 라인(BL)에 기준 전압(VREF)을 인가하고, 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)을 인가하며, 서치 라인 바(SLB)에 접지전압을 인가한다. First, a reference voltage V REF is applied to the bit line BL, a power source voltage V DD is applied to the search line SL, (SLB).

즉, 트랜지스터(M2)의 게이트로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 제 1 MTJ(200)의 일단에 전원전압(VDD)이 인가되며, 제 2 MTJ(202)의 타단에 접지전압이 인가된다. 결과적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M1)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 1 전류(i1)가 흐르게 되고, 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M2)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 2 전류(i2)가 흐르게 된다. That is, the reference voltage V REF is applied to the gate of the transistor M2, the power supply voltage V DD is applied to one end of the first MTJ 200, and the ground voltage is applied to the other end of the second MTJ 202 . As a result, as shown in FIG. 2, the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the MTJs 200 and 202 through the transistor M1, and the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the transistors M2 The second current i 2 flows through the MTJs 200 and 202. [

이 경우, 센스 증폭기(104)는 제 1 전류(i1)와 제 2 전류(i2)를 비교하여 "match"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류(i1)가 제 2 전류(i2)보다 작은 경우, 센스 증폭기(104)는 "match"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 즉, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '1'임을 확인할 수 있다. In this case, the sense amplifier 104 may compare the first current i 1 and the second current i 2 to generate an output OUT corresponding to "match". For example, if the first current i 1 is less than the second current i 2 , the sense amplifier 104 may generate an output OUT corresponding to "match". That is, it can be confirmed that the data stored in the MTJs 200 and 202 is '1'.

이어서, 데이터 '0'에 해당하는 전압 인가 동작을 살펴보면, 비트 라인(BL)에 기준 전압(VREF)을 인가하고, 서치 라인(SL)에 접지전압을 인가하며, 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)을 인가한다. Next, a reference voltage V REF is applied to the bit line BL, a ground voltage is applied to the search line SL, and a voltage applied to the search line SLB is applied to the bit line BL. Apply the power supply voltage (V DD ).

즉, 트랜지스터(M2)의 게이트로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 제 1 MTJ(200)의 일단에 접지전압이 인가되며, 제 2 MTJ(202)의 타단에 전원전압(VDD)이 인가된다. 결과적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M1)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 1 전류(i1)가 흐르게 되고, 센스 증폭기(104)로부터 트랜지스터(M2)를 통하여 MTJ들(200 및 202)로 제 2 전류(i2)가 흐르게 된다. That is, the reference voltage V REF is applied to the gate of the transistor M2, the ground voltage is applied to one end of the first MTJ 200, and the power supply voltage V DD is applied to the other end of the second MTJ 202 . As a result, as shown in FIG. 2, the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the MTJs 200 and 202 through the transistor M1, and the first current i 1 flows from the sense amplifier 104 to the transistors M2 The second current i 2 flows through the MTJs 200 and 202. [

이 경우, 센스 증폭기(104)는 제 1 전류(i1)와 제 2 전류(i2)를 비교하여 "mismatch"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류(i1)가 제 2 전류(i2)보다 큰 경우, 센스 증폭기(104)는 "mismatch"에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 즉, MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터가 '0'이 아님을 확인할 수 있다. In this case, the sense amplifier 104 may generate the output OUT corresponding to "mismatch " by comparing the first current i 1 and the second current i 2 . For example, if the first current i 1 is greater than the second current i 2 , the sense amplifier 104 may generate an output OUT corresponding to "mismatch". That is, it can be confirmed that the data stored in the MTJs 200 and 202 is not '0'.

정리하면, 본 발명의 내용 주소화 기억 장치는 서치 라인(SL) 및 서치 라인 바(SLB)에 전압을 인가하는 방식을 통하여 하나의 셀(102)에 저장된 데이터를 탐색할 수 있다. 이 때, 상기 내용 주소화 기억 장치는 데이터 '1'에 해당하는 전압을 인가하고 데이터 '0'에 해당하는 전압을 순차적으로 인가할 수 있다. 물론, 상기 내용 주소화 기억 장치는 데이터 '0'에 해당하는 전압을 인가하고 데이터 '1'에 해당하는 전압을 순차적으로 인가할 수 있다. In summary, the content addressable memory device of the present invention can search for data stored in one cell 102 by applying a voltage to the search line SL and the search line bar SLB. At this time, the contents addressable memory device can apply a voltage corresponding to data '1' and sequentially apply a voltage corresponding to data '0'. Of course, the contents addressable memory device may apply a voltage corresponding to data '0' and sequentially apply a voltage corresponding to data '1'.

다른 실시예에 따르면, 특정 데이터에 해당하는 전압 인가에 따라 데이터가 일치한다고 판별이 되면, 다른 데이터에 해당하는 전압은 인가하지 않을 수도 있다. According to another embodiment, if it is determined that the data match according to the application of the voltage corresponding to the specific data, the voltage corresponding to the other data may not be applied.

이하, TCAM에서의 데이터 탐색 과정을 살펴보겠다. TCAM에서는 데이터 '1' 및 '0'뿐만 아니라 '돈 케어(don't care)'도 요구된다. 데이터 '1' 및 '0'에 대하여는 위에서 설명하였으므로, 'don't care'의 경우의 셀(102)의 동작만을 표 1 및 도 3을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, the data search process in the TCAM will be described. TCAM requires 'do not care' as well as data '1' and '0'. Since the data '1' and '0' are described above, only the operation of the cell 102 in the case of 'do not care' will be described in detail with reference to Table 1 and FIG.

'don't care'의 경우 표 3 및 도 3에 도시된 바와 같이 비트 라인(BL)에 접지전압이 인가되고, 서치 라인(SL) 및 서치 라인 바(SLB)에 모두 접지전압이 인가된다. 이 경우, 센스 증폭기(104)는 MTJ들(200 및 202)에 저장된 데이터와 관계없이 'match'에 해당하는 출력(OUT)을 발생시킬 수 있다. 즉, 데이터가 항상 일치한다고 결정된다. In the case of 'do not care', the ground voltage is applied to the bit line BL as shown in Table 3 and FIG. 3, and the ground voltage is applied to both the search line SL and the search line bar SLB. In this case, the sense amplifier 104 may generate an output (OUT) corresponding to 'match' regardless of the data stored in the MTJs 200 and 202. That is, it is determined that the data always coincides.

한편, 위에서는 하나의 셀(102)에서의 데이터 탐색을 살펴보았지만, 실제 회로에서는 도 4에 도시된 바와 같이 어레이(100)로 구현될 것이다. TCAM이 어레이 구조를 가질 때 데이터를 탐색하는 동작을 살펴보겠다. 도 4에서는, 하나의 어레이(100)가 8개의 셀들(102)을 포함하고 있다. In the meantime, although the data search in one cell 102 has been described above, the actual circuit will be implemented in the array 100 as shown in FIG. Let's look at the operation of searching for data when the TCAM has an array structure. In FIG. 4, one array 100 includes eight cells 102.

도 5를 참조하면, 프리차지(Precharge) 동작이 선행된 후, 데이터 탐색 동작이 수행된다. Referring to FIG. 5, after a precharge operation is performed, a data search operation is performed.

데이터 탐색 동작을 살펴보면, 비트 라인(BL)으로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 워드 라인(WL)에 접지전압이 인가되어 셀들(102)의 트랜지스터(M3)를 오프시키며, 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD) 및 접지전압이 순차적으로 인가된다. The reference voltage V REF is applied to the bit line BL and the ground voltage is applied to the word line WL to turn off the transistor M3 of the cells 102 and the search line SL The power supply voltage V DD and the ground voltage are sequentially applied.

어레이 구조에서는, 8개의 셀들(102)에 8비트에 해당하는 동작이 한번에 이루어진다. 예를 들어, 8개의 셀들(102)의 MTJ들에 데이터 '11110000'이 저장되어 있다고 가정하겠다. 이 경우, 데이터 '11111111'에 해당하는 전압들이 8개의 셀들(102)로 인가된 후 데이터 '11111110'에 해당하는 전압들이 8개의 셀들(102)로 인가될 수 있다. 이러한 순차적인 전압 인가 과정이 데이터 '00000000'에 해당하는 전압들이 8개의 셀들(102)로 인가될 때까지 수행될 수 있다. 물론, TCAM의 경우, 'don't care'에 해당하는 동작이 또한 수행된다. In the array structure, eight bits of operation are performed in eight cells 102 at a time. For example, it is assumed that data '11110000' is stored in the MTJs of eight cells 102. In this case, voltages corresponding to data '11111111' may be applied to eight cells 102, and voltages corresponding to data '11111110' may be applied to eight cells 102. This sequential voltage application process can be performed until voltages corresponding to data '00000000' are applied to the eight cells 102. Of course, in the case of TCAM, the operation corresponding to 'do not care' is also performed.

일 예로, 데이터 '11110000'에 해당할 경우, 제 1 셀의 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 접지전압이 인가되고, 제 2 셀의 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 접지전압이 인가되며, 제 3 셀의 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 접지전압이 인가되고, 제 4 셀의 서치 라인(SL)에 전원전압(VDD)이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 접지전압이 인가된다. 또한, 제 5 셀의 서치 라인(SL)에 접지전압이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)이 인가되고, 제 6 셀의 서치 라인(SL)에 접지전압이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)이 인가되며, 제 7 셀의 서치 라인(SL)에 접지전압이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)이 인가되고, 제 8 셀의 서치 라인(SL)에 접지전압이 인가되고 서치 라인 바(SLB)에 전원전압(VDD)이 인가된다. 결과적으로, 센스 증폭기(104)로부터 데이터 '11110000'에 해당하는 제 1 전류 및 제 2 전류가 8개의 셀들(102)의 MTJ들(200 및 202)로 흐르게 된다. For example, when the data corresponds to the data '11110000', the power source voltage V DD is applied to the search line SL of the first cell, the ground voltage is applied to the search line bar SLB, The power source voltage V DD is applied to the search line SL and the ground voltage is applied to the search line bar SLB and the power source voltage V DD is applied to the search line SL of the third cell, The power source voltage V DD is applied to the search line SL of the fourth cell and the ground voltage is applied to the search line bar SLB. When the ground voltage is applied to the search line SL of the fifth cell and the power supply voltage V DD is applied to the search line bar SLB and the ground voltage is applied to the search line SL of the sixth cell, applying the power supply voltage (V DD) to the line bar (SLB), and, the seventh and the power supply voltage (V DD) to search line (SL) is the ground voltage and the search line bar (SLB) to the application of the cell, the eighth The ground voltage is applied to the search line SL of the cell and the power supply voltage V DD is applied to the search line bar SLB. As a result, a first current and a second current corresponding to data '11110000' flow from the sense amplifier 104 to the MTJs 200 and 202 of the eight cells 102.

센스 증폭기(104)는 상기 제 1 전류와 상기 제 2 전류를 비교하여 비교 결과(OUT)를 출력시킬 수 있다. 이 경우, 노드(ML)의 전압을 통하여 데이터 일치 여부가 판단된다. 한편, 위에서 언급하지는 않았지만, 센스 증폭기(104)의 출력단은 트랜지스터(M4)의 게이트로 연결되며, 트랜지스터(M4)의 드레인에는 클록(CLK)이 제어 신호로 입력되는 트랜지스터가 연결되고, 트랜지스터(M4)의 소스에는 탐지 신호(SEN)이 제어 신호로 입력되는 트랜지스터가 연결될 수 있다. 데이터 탐색 동작시 클록(CLK)은 하이 로직을 가지며, 탐지 신호(SEN)은 탐색 구간 중 일부에서만 하이 로직을 가질 수 있다. The sense amplifier 104 may compare the first current and the second current to output a comparison result OUT. In this case, it is determined whether the data match through the voltage of the node ML. The output terminal of the sense amplifier 104 is connected to the gate of the transistor M4 and the drain of the transistor M4 is connected to the transistor through which the clock CLK is inputted as the control signal. ) May be connected to the source of the detection signal SEN as a control signal. During the data search operation, the clock (CLK) has a high logic, and the detection signal (SEN) can have a high logic only in a part of the search interval.

정리하면, 본 발명의 TCAM에서 데이터 탐색 동작시, 상기 TCAM은 하나의 어레이(100)의 셀들(102)에 각기 전압을 인가하는 방식이 아닌 모든 셀들(102)에 동시에 전압을 인가하여 모든 비트에 대한 데이터의 일치 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 TCAM은 하나의 어레이(100)에 포함된 모든 셀들의 데이터를 한번에 탐색하며, 그 결과 탐색 속도가 빠를 수 있다. In summary, in the data search operation of the TCAM of the present invention, the TCAM simultaneously applies voltages to all the cells 102, not to apply voltages to the cells 102 of one array 100, It is possible to judge whether or not the data on the data is consistent. That is, the TCAM searches data of all the cells included in one array 100 at a time, and as a result, the search speed can be fast.

물론, 'don't care'의 경우에는, 모든 셀들(102)의 서치 라인(SL) 및 서치 라인 바(SLB)에 모두 접지전압이 인가될 수 있다. Of course, in the case of 'do not care', a ground voltage may be applied to both the search line SL and the search line bar SLB of all the cells 102.

도 6을 참조하여 시뮬레이션을 살펴보면, 데이터‘11111111'와 ’0111111'로 저장되어있는 각각의 어레이(100)에 ‘11111111’, ‘x1111111' 그리고 ’00000000‘을 연속으로 찾는 동작을 진행하였다. 그 결과, 첫 번째 동작에서 '11111111’이 저장된 어레이(100)의 결과만 ML값이 1로 유지되었으며, 두 번째 결과에서는 ‘11111111’, ‘01111111’이 저장된 두 어레이의 ML 값 모두 1로 유지되었다. 마지막 동작에서는 두 어레이(100)의 ML값이 모두 0으로 변했다.Referring to FIG. 6, an operation of sequentially searching '11111111', 'x1111111' and '00000000' in the respective arrays 100 stored in the data '11111111' and '0111111' is performed. As a result, only the ML value of the array 100 in which '11111111' is stored in the first operation is maintained at 1, and the ML values of both arrays in which '11111111' and '01111111' are stored in the second result are maintained at 1 . In the last operation, the ML values of both arrays 100 were changed to zero.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process viewpoint. That is, each component can be identified as a respective process. Further, the process of the above-described embodiment can be easily grasped from the viewpoint of the components of the apparatus.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.

100 : 셀 102 : 어레이
104 : 센스 증폭기 200, 202 : MTJ
100: cell 102: array
104: sense amplifier 200, 202: MTJ

Claims (12)

자기 저항 메모리들;
상기 자기 저항 메모리들 사이의 노드와 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 1 트랜지스터; 및
상기 노드와 상기 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 2 트랜지스터를 포함하되,
상기 자기 저항 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가되고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 센스 증폭기의 양극 입력단에 연결되고, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 센스 증폭기의 음극 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치.
Magnetoresistive memories;
A first transistor connecting a node between the magnetoresistive memories and a sense amplifier; And
And a second transistor connected between the node and the sense amplifier,
A search line is connected to one end of one of the magnetoresistive memories and a search line bar is connected to one end of the other magnetoresistive memories and a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search,
Wherein the first transistor is coupled to the positive input of the sense amplifier and the second transistor is coupled to the negative input of the sense amplifier.
제1항에 있어서, 상기 자기 저항 메모리는 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)인 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치. The memory of claim 1, wherein the magnetoresistive memory is a magnetic tunnel junction (MTJ). 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 노드는 상기 제 1 트랜지스터의 게이트로 연결되고, 비트 라인을 통하여 기준 전압이 상기 제 2 트랜지스터의 게이트로 입력되며, 상기 트랜지스터들의 소스가 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치. 2. The method of claim 1, wherein the node is connected to the gate of the first transistor, a reference voltage is input to the gate of the second transistor through a bit line, and the sources of the transistors are interconnected. Memory. 제1항에 있어서, 데이터 '1' 탐색시 상기 서치 라인에 전원전압이 인가되고 상기 서치 라인 바에 접지전압이 인가되고, 데이터 '0' 탐색시 상기 서치 라인에 상기 접지전압이 인가되고 상기 서치 라인 바에 상기 전원전압이 인가되며, 'don't care' 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 모두 상기 접지전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치. 2. The method of claim 1, wherein when a data '1' is searched, a power supply voltage is applied to the search line, a ground voltage is applied to the search line bar, the ground voltage is applied to the search line during data '0' Wherein the power supply voltage is applied to the bar and the ground voltage is applied to both the search line and the search line bar during a 'do not care' search. 복수의 셀들 및 상기 셀들과 연결된 센스 증폭기를 포함하는 어레이를 포함하며,
상기 각 셀은 자기 저항 메모리들;
상기 자기 저항 메모리들 사이의 노드와 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 1 트랜지스터; 및
상기 노드와 상기 센스 증폭기 사이를 연결하는 제 2 트랜지스터를 포함하되,
상기 자기 저항 메모리들 중 하나의 일단에 서치 라인이 연결되고, 다른 자기 저항 메모리의 일단에 서치 라인 바가 연결되며, 데이터 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 각기 전압이 인가되고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 센스 증폭기의 양극 입력단에 연결되고, 상기 제 2 트랜지스터는 상기 센스 증폭기의 음극 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치.
An array comprising a plurality of cells and a sense amplifier coupled to the cells,
Each cell comprising magnetoresistive memories;
A first transistor connecting a node between the magnetoresistive memories and a sense amplifier; And
And a second transistor connected between the node and the sense amplifier,
A search line is connected to one end of one of the magnetoresistive memories and a search line bar is connected to one end of the other magnetoresistive memories and a voltage is applied to the search line and the search line bar during data search,
Wherein the first transistor is coupled to the positive input of the sense amplifier and the second transistor is coupled to the negative input of the sense amplifier.
삭제delete 삭제delete 제6항에 있어서, 상기 노드는 상기 제 1 트랜지스터의 게이트로 연결되고, 비트 라인을 통하여 기준 전압이 상기 제 2 트랜지스터의 게이트로 입력되며, 상기 트랜지스터들의 소스가 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치. 7. The method of claim 6, wherein the node is coupled to the gate of the first transistor, a reference voltage is input to the gate of the second transistor through a bit line, and the sources of the transistors are interconnected. Memory. 제6항에 있어서, 데이터 탐색시 모든 셀의 서치 라인 및 서치 라인 바에 각기 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치. The content addressable memory device according to claim 6, wherein voltages are applied to search lines and search line bars of all cells during data search. 제10항에 있어서, 특정 셀에서, 비트 '1' 탐색시 상기 서치 라인에 전원전압이 인가되고 상기 서치 라인 바에 접지전압이 인가되고, 비트 '0' 탐색시 상기 서치 라인에 상기 접지전압이 인가되고 상기 서치 라인 바에 상기 전원전압이 인가되며, 'don't care' 탐색시 상기 서치 라인 및 상기 서치 라인 바에 모두 상기 접지전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 내용 주소화 기억 장치.






11. The method of claim 10, wherein in a particular cell, a power supply voltage is applied to the search line and a ground voltage is applied to the search line during a bit '1' search and the ground voltage is applied to the search line Wherein the power supply voltage is applied to the search line bar and the ground voltage is applied to both the search line and the search line bar during a 'do not care' search.






삭제delete
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