(Luận văn thạc sĩ) thiết kế bộ nhớ cam công suất thấp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ÐÀM TRỌNG LUÂN

THIẾT KẾ BỘ NHỚ CAM CÔNG SUẤT THẤP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

SKC005984

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ
PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÀM TRỌNG LUÂN

THIẾT KẾ BỘ NHỚ CAM CÔNG SUẤT THẤP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ
PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÀM TRỌNG LUÂN

THIẾT KẾ BỘ NHỚ CAM CÔNG SUẤT THẤP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203
Hƣớng dẫn khoa học:
TS.VÕ MINH HUÂN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2018




BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Dành cho giảng viên phản biện)

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Thiết kế bộ nhớ CAM công suất thấp
Tên tác giả: ÐÀM TRỌNG LUÂN

MSHV: 1620706

Ngành: Kỹ thuật điện tử

Khóa: 2016

Ðịnh hƣớng: Ứng dụng

Họ và tên ngƣời phản biện: TS.Nguyễn Thị Lƣỡng
Cơ quan công tác: Khoa Điện – Điện Tử
Điện thoại liên hệ:
I. Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Về hình thức & kết cấu luận văn:
Hình thức và kết cấu phù hợp với yêu cầu của một luận văn thạc sĩ.
2. Về nội dung:
2.1 Nhận xét về tính khoa học, rõ ràng, mạch lạc, khúc chiết trong luận văn
Nội dung trình bày tƣơng đối rõ ràng, có nhiều hình minh họa mô tả hoạt động của
các mạch điện tử ứng dụng trong thiết kế bộ nhớ CAM.
2.2 Nhận xét đánh giá về việc sử dụng hoặc trích dẫn kết quả NC của người
khác có đúng quy định hiện hành của pháp luật sở hữu trí tuệ
Tác giả có sử dụng các nội dung

và trích dẫn kết quả nghiên cứu của ngƣời khác

đúng quy định.
2.3. Nhận xét về mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu sử dụng trong
LVTN
Tác giả đã nghiên cứu lý thuyết về các kỹ thuật tiết kiệm năng lƣợng, trong chuyển
mạch, sử dụng phần mềm Cadence để thiết kế bộ nhớ CAM và mô phỏng hoạt động
của bộ nhớ này để quan sát dạng sóng và tính đƣợc dịng điện rị trung bình chạy

i


trong mạch. So sánh kết quả nghiên cứu với các cơng trình trƣớc đó và đánh giá kết
quả nghiên cứu của mình.
2.4. Nhận xét tổng quan đề tài.
Tác giả trình bày đƣợc nội dung, phƣơng pháp và kết quả các nghiên cứu liên quan

tới đề tài.
2.5. Nhận xét đánh giá về nội dung & chất lượng của LVTN
Nội dung đáp ứng yêu cầu của luận văn thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điện tử
2.6. Nhận xét đánh giá về khả năng ứng dụng, giá trị thực tiễn của đề tài.
Luận văn có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và học viên cao học cho các
nghiên cứu sau này.
2.7. Luận văn cần chỉnh sửa, bổ xung những nội dung gì (thiếu sót và tồn tại):
1.

Bổ sung hình ảnh minh họa cho mục 2.4.1 và 2.4.2

2.

Cập nhật hình 2.5 đến phiên bản mới nhất

3.

Bổ sung phần trích dẫn cho các hình ở chƣơng 2
II. CÁC VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ
1.

Tác giải giải thích rõ nội dung “ dịng rị của CAM Proposed đã

giảm đƣợc 96.6%” trong phần kết luận.
2.
Hình 4.24 tác giả so sánh với hai công nghệ 45nm và 65nm là khơng
phù hợp
III. ĐÁNH GIÁ
TT

Mục đánh giá

1

Tính khoa học, rõ ràng, mạch lạc, kh
văn
Đánh giá về việc sử dụng hoặc trích
ngƣời khác có đúng quy định hiện hà
sở hữu trí tuệ
Mục tiêu nghiên cứu, phƣơng pháp n
trong LVTN
Tổng quan của đề tài
Đánh giá về nội dung & chất lƣợng c
Đánh giá về khả năng ứng dụng, giá
tài

2
3
4
5
6

ii


Đánh dấu (x) vào ô muốn Đánh giá

IV. KẾT LUẬN
(Giảng viên phản biện ghi rõ ý kiến “ Tán thành luận văn” hay “Không tán
thành luận văn”)

Tán thành luận văn
TP.HCM, ngày tháng nǎm
Ngƣời nhận xét
(Ký & ghi rõ họ tên)

TS.Nguyễn Thị Lƣỡng

iii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Dành cho giảng viên phản biện)

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Thiết kế bộ nhớ CAM công suất thấp
Tên tác giả: ÐÀM TRỌNG LUÂN

MSHV: 1620706

Ngành: Kỹ thuật điện tử

Khóa: 2016

Ðịnh hƣớng: Ứng dụng
Họ và tên ngƣời phản biện: TS.Dƣơng Thanh Long
Cơ quan công tác: Đại học công nghiệp TP.HCM
Điện thoại liên hệ: 0908839735
I. Ý KIẾN NHẬN XÉT

1. Về hình thức & kết cấu luận văn:
Luận văn có hình thức và kết cấu phù hợp
2. Về nội dung:
2.1 Nhận xét về tính khoa học, rõ ràng, mạch lạc, khúc chiết trong luận
văn Luận văn trình bày rõ ràng, mạch lạc.
2.2 Nhận xét đánh giá về việc sử dụng hoặc trích dẫn kết quả NC của người
khác có đúng quy định hiện hành của pháp luật sở hữu trí tuệ
Luận văn trích dẫn và sử dụng kết quả nghiên cứu của ngƣời khác theo đúng quy
định.
2.3. Nhận xét về mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu sử dụng trong
LVTN
Mục tiêu nghiên cứu rõ ràng, phƣơng pháp nghiên cứu phân tích, mơ phỏng
2.4. Nhận xét tổng quan đề tài.
Đề tài đã phân tích các cơng trình nghiên cứu trƣớc, từ đó đề xuất cách giải quyết.
2.5. Nhận xét đánh giá về nội dung & chất lượng của LVTN

iv


Luận văn mới chỉ tập trung tìm hiểu phần mềm và thực hiện mơ phỏng, chƣa trình
bày cơ sở lý luận, mơ hình tốn để thiết kế bộ nhớ CAM công suất thấp.
2.6. Nhận xét đánh giá về khả năng ứng dụng, giá trị thực tiễn của đề tài.
Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên đại học và cao học trong cùng
lĩnh vực nghiên cứu.
2.7. Luận văn cần chỉnh sửa, bổ xung những nội dung gì (thiếu sót và tồn tại):
- Hiệu chỉnh một số hình rõ hơn
- Bổ sung cơ sở tốn học cho bộ thiết kế bộ nhớ CAM
II. CÁC VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ
(Các câu hỏi của giảng viên phản biện)

3.

Tại sao khi đƣa bộ Power Control vào thì dịng tiêu thụ giảm

4.

Thời gian delay của CAM ảnh hƣởng thế nào đến hiệu quả làm việc
III. ĐÁNH GIÁ
TT

Mục đánh giá

1

Tính khoa học, rõ ràng, mạch lạc, kh
văn
Đánh giá về việc sử dụng hoặc trích
ngƣời khác có đúng quy định hiện hà
sở hữu trí tuệ
Mục tiêu nghiên cứu, phƣơng pháp n
trong LVTN
Tổng quan của đề tài
Đánh giá về nội dung & chất lƣợng c
Đánh giá về khả năng ứng dụng, giá
tài

2
3
4
5

6
Đánh dấu (x) vào ô muốn Đánh giá

IV. KẾT LUẬN
(Giảng viên phản biện ghi rõ ý kiến “ Tán thành luận văn” hay “Không tán
thành luận văn”)
Tán thành luận văn

v


TP.HCM, ngày

tháng nǎm

Ngƣời nhận xét
(Ký & ghi rõ họ tên)

TS.Dƣơng Thanh Long

vi


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Đàm Trọng Luân

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1989

Nơi sinh: Hà Nam

Quê quán: Mộc Bắc – Duy Tiên – Hà Nam

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: Phịng phát sóng BD – An Thành – Thận An – Bình Dƣơng.
Điện thoại nhà riêng: 0974.753.669
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2010 đến 12/2012

Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Công Nghiệp TP.HCM
Ngành học: Công nghệ Điện tử viễn thông.
Tên đồ án: Khuếch Đại Và Mã Hóa Mạng Wifi.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: TS.Nguyễn Hồng Việt
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:

vii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố

trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 04 năm 2018

Đàm Trọng Luân

viii


LỜI CẢM ƠN


Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, Tơi đã nỗ lực phấn đấu hồn thành
nội dung chi tiết và yêu cầu ban đầu đặt ra. Tuy nhiên, thành quả đạt đƣợc không
chỉ là kết quả sự cố gắng riêng tơi mà cịn là sự truyền đạt, đóng góp ý kiến, hƣớng
dẫn hỗ trợ tận tình của Thầy, Cô trong bộ môn Điện Tử, Khoa Điện-Điện Tử và thái
độ nhiệt tình các bạn trong lớp trong cơng việc đánh giá kết quả thực tiễn đề tài của
tôi. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Võ Minh Hn, ngƣời đã có sự định
hƣớng, hƣớng dẫn trình bày đề tài, lời cảm ơn chân thành đến các bạn trong lớp,
các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử và các Thầy Cơ Khoa Điện-Điện Tử.
TP. Hồ Chí Minh tháng 04 năm 2018

Đàm Trọng Luân

ix


TĨM TẮT
Trong đề tài này tơi thực hiện thiết kế và mô phỏng bộ nhớ CAM công suất
thấp. Bộ nhớ địa chỉ nội dung (CAM) sẽ so sánh dữ liệu lƣu trữ với dữ liệu tìm
kiếm rồi trả về địa chỉ phù hợp. CAM đƣợc sử dụng nhiều trong chuyển tiếp gói tin

và phân loại gói tin trong các Router Internet. Đề tài thiết kết một bộ nhớ CAM
thông thƣờng và một bộ nhớ CAM kết hợp với nguồn tiết kiệm năng lƣợng.
“Power Control”. Bộ nhớ CAM kết hợp sẽ giúp tiết kiệm điện năng mà không giảm
tốc độ và tỉ trọng bộ nhớ so với CAM thông thƣờng. Sau đó, tơi sẽ tiến hành đo các
thơng số tiêu hao năng lƣợng của hai thiết kế và tiến hành so sánh kết quả.
In this topic, I am designing and simulating low power CAM memory. The
content address (CAM) memory will compare the stored data with the search data
and return the appropriate address. CAM is used extensively in packet forwarding
and packet sorting in Internet routers. The subject designates a conventional CAM
memory and a CAM memory combined with an energy saving source. "Power
Control". Integrated CAM memory saves power without sacrificing speed and
memory compared to conventional CAM. Then I will measure the energy
consumption of the two designs and and compare the results.

x


MỤC LỤC
Trang tựa
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................
TĨM TẮT ...................................................................................................................
MỤC LỤC .................................................................................................................
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ..........................................................................
1.1.

Đặt vấn đề. ..............................................................................................

1.2.

Tình hình nghiên cứu đề tài. ...................................................................

1.3.

Nhiệm vụ nghiên cứu. .............................................................................

1.4.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ...........................................................

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu. .....................................................................................
1.6.

Bố cục đề tài. ...........................................................................................

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .....................................................
2.1. Công nghệ Low Power .........................................................................................

2.2.

2.1.1

Khái niệm ......................

2.1.2

Tại sao phải sử dụng low

2.1.3

Các công nghệ Low pow

2.1.4

Tổng hợp các kỹ thuật th

Công nghệ Power-gating .........................................................................
2.2.1

Tổng quan .....................

2.2.2

Các thông số ..................

2.2.3

Các phƣơng pháp Power

2.3. Công nghệ 45 nm ................................................................................................
2.4. Tìm hiểu về CAM ...............................................................................................

xi


2.5. CAM sử dụng Parity bit ......................................................................................

Chƣơng 3: THIẾT KẾ BỘ NHỚ CAM CÔNG SUẤT THẤP ............................
3.1

Thiết kế bộ nhớ CAM thông thƣờng. ......................................................

3.2

Thiết kế bộ nhớ CAM đề xuất. ...............................................................

3.2.1Bộ nguồn tiết kiệm năng

3.2.2Thiết kế bộ nhớ CAM P
3.2.3Thiết kế bộ nhớ 7 CAM
3.3

Các cơng thức tính tốn của bộ nhớ CAM .............................................

3.3.1Cơng thức tính thời gian

3.3.2Cơng thức tính cơng suấ
Chƣơng 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG......................................................................
4.1. Mơ phỏng một CAM thông thƣờng. ...................................................................

4.1.1Mô phỏng một CAM thô

4.1.2Mô phỏng một CAM thô
4.2. Mô phỏng bộ nhớ CAM đề xuất. ........................................................................
4.3

Mô phỏng chuỗi 8 CAM Cell dùng Parity Bit ........................................

4.3. So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng giữa CAM Normal và CAM Proposed. ...

4.3.1. Đo dòng Matchline của CAM Normal và CAM Proposed .........

4.3.2. Đo dòng rò của CAM Normal và CAM Proposed. .....................

4.3.3Thời gian Delay của hai

4.3.4Phân tích ảnh hƣởng củ
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...........................
5.1

Kết luận ...................................................................................................

5.2

Hƣớng phát triển ....................................................................................

xii


DANH MỤC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 1: Bảng dữ liệu mô phỏng............................................................................. 36

xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2. 1: Q trình phát triển của cơng nghệ Low power....................................... 4
[5]

Hình 2. 2: Static Voltage Scaling ........................................................................... 5
[5]

Hình 2. 3: Dynamic Voltage and Frequency Scaling ............................................. 6
[5]

Hình 2. 4: Adaptive Voltage Scaling ..................................................................... 6
[5]

Hình 2. 5: Tổng hợp các kỹ thuật thiết kế Low power .......................................... 7
Hình 2. 6: Sơ đồ khối của Power gating................................................................... 8
Hình 2. 7: Thơng số cực cổng của Power gating...................................................... 9
[5]

Hình 2. 8: Fine-grain power gating ..................................................................... 10
Hình 2. 9: Coarse-grain power gating..................................................................... 10
[5]

Hình 2. 10: Isolation cells ................................................................................... 11
[5]

Hình 2. 11: Retention registers ............................................................................ 12
Hình 2. 12: Sơ đồ khối cơ bản của một CAM........................................................ 16
Hình 2. 13: Sơ đồ đơn giản của một CAM............................................................. 17
Hình 2. 14: Mạch Read, Write dữ liệu cho SRAM Cell......................................... 18
Hình 2. 15: Khảo sát mạch Write........................................................................... 18
Hình 2. 16: Dạng sóng của tín hiệu precharge và Write set – up............................19
Hình 2. 17: Hoạt động ghi bit 1 vào SRAM Cell.................................................... 20
Hình 2. 18: Hoạt động ghi và đọc bit 1 của SRAM Cell........................................ 21
Hình 2. 19: Sơ đồ NOR cell................................................................................... 22
Hình 2. 20: Sơ đồ mạch liên kết nhiều CAM cell................................................... 23
Hình 2. 21: Ba giai đoạn đánh giá matchlines........................................................ 23
Hình 2. 22: Dữ liệu đƣợc thêm vào Parity bit........................................................ 25
Hình 2. 23: Dữ liệu ML trong trƣờng hợp 1-mismatch giữa kiến trúc cơ bản và kiến
trúc sử dụng Parity bit............................................................................................. 25
Hình 3. 1: Bộ nhớ CAM thơng thƣờng.................................................................. 26
Hình 3. 2: Bộ nhớ CAM đề xuất............................................................................. 27
Hình 3. 3: Cổng logic Parity bit.............................................................................. 28

xiv


Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối 8 CAM cell...................................................................... 29
Hình 4. 1: Kết quả tín hiệu ML trong trƣờng hợp missmatch................................ 32
Hình 4. 2: Kết quả tín hiệu ML trong trƣờng hợp match.......................................33
Hình 4. 3: Kết quả tín hiệu ML trong trƣờng hợp missmatch của CAM đề xuất. . .35
Hình 4. 4: Kết quả tín hiệu ML trong trƣờng hợp match của CAM đề xuất...........35
Hình 4. 5: Tín hiệu ML.......................................................................................... 36
Hình 4. 6: Kết quả matchline trong trƣờng hợp đồng bộ dữ liệu...........................37
Hình 4. 7: Kết quả dạng sóng trƣờng hợp 2 mismatches....................................... 38

Hình 4. 8: Kết quả dạng sóng trong trƣờng hợp 6 mismatches..............................39
Hình 4. 9: Dịng matchline của CAM Normal và CAM Proposed..........................40
Hình 4. 10: Dịng rị của CAM Normal và CAM Proposed.................................... 41
Hình 4. 11: Thời gian Delay của CAM Normal và CAM Proposed.......................42
Hình 4. 12: Thời gian Delay của CAM Normal và CAM Proposed ở các trƣờng hợp

khác nhau................................................................................................................ 43
Hình 4. 13: Dịng dị của CAM Proposed............................................................... 44

xv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CAM

Content-addressable memory

SRAM

Static random access memory

PC

Precharge

R

Read enable

WL

word line

WE

Write enable

D,

BL,

Data, complement of data

ML

Bit line, complement of bit line

Matchline

xvi


Chƣơng 1

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề.
Trên thế giới, các công nghệ vi mạch đang đƣợc nghiên cứu và phát triển
theo hƣớng càng ngày càng mỏng hơn, tốn ít diện tích hơn, có hiệu suất cao hơn và
đặc biệt là tiêu thụ năng lƣợng ít hơn. Vì thế bộ nhớ CAM cũng vậy, các công nghệ
10-nm, 7-nm và nhiều công nghệ nhỏ hơn nữa đang đƣợc nghiên cứu. Các cơng

nghệ đều có những ƣu điểm, khuyết điểm riêng, do đó để thực hiện những u cầu
đề ra thì các sản phẩm sản xuất sẽ tuân theo những công nghệ tƣơng ứng. Hầu hết
các sản phẩm hiện nay đang ở công nghệ 10-nm và đang dần đƣợc thay thế bởi
công nghệ 7-nm.
Bộ nhớ CAM hoạt động trong các bộ định tuyến mạng để chuyển tiếp các gói
dữ liệu, phân loại gói tin và cũng nhƣ các ứng dụng địi hỏi việc tra cứu bảng địa
chỉ tốc độ cao. Với xu thế công nghệ ngày nay yêu cầu các thiết bị theo hƣớng tiết
kiệm năng lƣợng, tiết kiệm diện tích đồng thời nâng cao hiệu xuất làm việc vì thế
nên học viên đã chọn đề tài “Thiết Kế Bộ Nhớ CAM Công Suất Thấp” nhằm đáp
ứng theo xu hƣớng công nghệ ngày nay.
1.2. Tình hình nghiên cứu đề tài.
Năm 2012 Anh-Tuan Do, Shoushun Chen cùng các cộng sự cho ra mắt bài báo
“A High Speed Low Power CAM With a Parity Bit and Power - Gated ML
Sensing‟‟ họ đã trình bày về các thức hoạt động của CAM parity bit giảm delay
39% và kết hợp với gated-power giảm điện năng tiêu thụ trung bình 64% so với
[1]

CAM thơng thƣờng .
Năm 2015 Shixiong Jiang, Pengzhan Yan và cộng sự cho ra mắt bài báo “A
High Speed and Low Power Content-addressable Memory(CAM) Using Pipelined
Scheme” họ thiết kế kỹ thuật định tuyến các hoạt động tìm kiếm bằng cách phân
chia hoạt động matching đơn giản thành một vài phân đoạn cho các dòng thanh ghi
tìm kiếm khác nhau và sử dụng kỹ thuật multi-bank để tìm kiếm dữ liệu cấu trúc

1


thanh ghi và kết quả họ thu đƣợc là tiết kiệm đƣợc 37.32% năng lƣợng tiêu thụ và
90.79% thời gian tìm kiếm so với CAM thơng thƣờng

[2]

.

Năm 2011 Anh Tuan Do, Shoushun Chen, Zhi-Hui Kong and Kiat Seng Yeo
đã viết bài báo về sử dụng kỹ thuật Power gating và một Delay Loop với bộ mã hóa
ƣu tiên (PE) để tiết kiệm năng lƣợng kết quả thu đƣợc là giảm 76% năng lƣợng
[3]

tiêu thụ toàn mạch .
Năm 2015 Song Jia, Weiting Li, Wenyi Tang và Yuan Wang đã nghiên cứu sử
dụng phƣơng pháp điện áp xung cho quá trình Search Line để giảm điện áp tiêu thụ
và tăng tốc độ tìm kiếm của CAM. Theo kết quả mơ phỏng họ có thể giảm đến
43.4% so với CAM thơng thƣờng và họ đã cho ra bài báo “A Low Power and High
Speed CAM Design Using Pulsed Voltage for Search-Line”
Năm 2016 A.Ragasaratha Preethee và V.Bharathi đã cho ra bài báo “Low
power CAM design using modified SCN based classifier” họ đã áp dụng phƣơng
pháp phân loại những mạng lƣới không tập trung để giảm điện áp tiêu thụ và diện
tích của CAM. Họ đã thiết kế một CAM thơng thƣờng có 10T nay cịn có 4T.
Trong nƣớc, năm 2016 tại Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM Đỗ
Nguyễn Tuấn Anh đã làm đồ án tốt nghiệp đại học với tiêu đề “ Thiết kế và mô
phỏng bộ nhớ CAM trong công nghệ 45nm”
…v.v.v…
Mục tiêu thực hiện đề tài.
Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra những kỹ thuật để giảm cơng suất tiêu thụ
cho CAM Cell 45-nm, từ đó đƣa ra những kết luận về ƣu điểm, nhƣợc điểm và
hƣớng phát triển sau này.
1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu.
Tìm hiểu về ngun lí hoạt động của CAM và đồng thời nghiên cứu về các
phƣơng pháp làm giảm khả năng tiêu thụ điện năng cũng nhƣ là nâng cao tốc độ

tìm kiếm địa chỉ dữ liệu trên bộ nhớ CAM.
1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
Đối tƣợng nghiên cứu:

2


Nghiên cứu bộ nhớ CAM, CAM Cell.
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu các loại CAM Cell, các kỹ thuật tiết kiệm điện năng, các
phƣơng pháp nâng cao tốc độ tìm kiếm và hiệu suất làm việc của bộ nhớ.
1.5. Phƣơng ph áp nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện đề tài học viên thực hiện đề tài đã áp dụng một số
phƣơng pháp sau để thực hiện đề tài.
Phƣơng pháp thu thập thông tin:
Sau khi xây dựng nhiệm vụ nghiên cứu, học viên thực hiện đề tài thu thập
các thông tin từ nhiều nguồn tài liệu tin cậy, các cơ sở lý thuyết liên quan tới CAM,
memory, tham khảo các giáo trình, các báo cáo khoa học …. Đối thoại, gặp gỡ trực
tiếp ngƣời có chun mơn và đã từng thực hiện các đề tài liên quan. Việc tham khảo
thu thập thông tin từ các tài liệu đã giúp học viên củng cố lại một cách khoa học
những kiến thức đã có và xây dựng những nền tảng kiến thức mới. Qua đó học viên
chọn ra những nguồn kiến thức quan trọng để thực hiện luận văn.
Phƣơng pháp mô phỏng:
Mô phỏng các sơ đồ ngun lí, từ đó kiểm tra, đánh giá các kết quả mô
phỏng so với lý thuyết và rút ra nhận xét.
1.6. Bố cục đề tài.
Đề tài gồm có 5 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan đề tài.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết liên quan.
Chƣơng 3: Thiết kế bộ nhớ CAM công suất thấp.

Chƣơng 4: Kết quả mô phỏng.
Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển đề tài.

3


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1.

Công nghệ Low Power

2.1.1 Khái niệm
Low power là một thuật ngữ dùng để chỉ giảm điện năng tiêu thụ trong vi
mạch số.
2.1.2 Tại sao phải sử dụng low power
Quản lý điện năng đang trở thành một vấn đề ngày càng cấp bách cho hầu hết
các chủng loại thiết kế vi mạch hiện nay. Những thách thức này ảnh hƣởng đến hầu
hết các thiết kế hệ thống Chip (SoC). Với sự tăng trƣởng bùng nổ thông tin liên lạc
cá nhân, không dây, và điện thoại di động, cũng nhƣ điện tử gia dụng , đến nhu cầu
về tốc độ cao tính tốn và nhiều chức năng phức tạp. Sản phẩm di động ngày nay
không chỉ có kích thức nhỏ, tản nhiệt tốt, và trọng lƣợng nhẹ, mà phải cịn có tuổi
thọ pin rất dài. Vì vậy việc thiết kế tiêu thụ công suất thấp là một trong những mối
quan tâm hàng đầu và cấp thiết hiện nay.
Advanced Nano Technology
Low-power Verification & System Design
Dynamic IR Drop Analysis

Static IR Drop

Analysis

1997
RTL Clock Gating

2010

2017