TWI851006B

TWI851006B - 動態記憶體內搜尋裝置及其操作方法

Info

Publication number: TWI851006B
Application number: TW112104108A
Authority: TW
Inventors: 曾柏皓; 李峯旻; 林榆瑄
Original assignee: 旺宏電子股份有限公司
Priority date: 2023-02-06
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2024-08-01
Also published as: TW202433471A

Abstract

一種動態記憶體內搜尋裝置及其操作方法。動態記憶體內搜尋裝置包括至少一字元線、至少二位元線、至少一匹配線、至少一單位記憶胞、至少二搜尋線、至少一預充電單元及至少一感測單元。單位記憶胞包括二儲存元件及二搜尋電晶體。各個儲存元件包括一寫入電晶體及一讀取電晶體。寫入電晶體連接於字元線及這些位元線之其中之一。讀取電晶體連接於寫入電晶體及匹配線。這些搜尋電晶體分別連接於這些讀取電晶體。至少二搜尋線分別連接於這些搜尋電晶體。預充電單元連接於匹配線。感測單元連接於匹配線。

Description

動態記憶體內搜尋裝置及其操作方法

本揭露是有關於一種記憶體裝置及其操作方法，且特別是有關於一種動態記憶體內搜尋裝置及其操作方法。

傳統上，基於靜態隨機存取記憶體(SRAM)的TCAM可以使用於網路路由器等商業應用。然而，單個TCAM需要16個電晶體，這將需要相當大的面積和與功耗，限制了其在某些具有能源受限應用的潛力。

TCAM可用於路由器、數據庫搜索、內存數據處理和神經形態計算。

隨著物聯網應用的興起，對低靜態功耗CAM的需求也在增加。基於新興記憶體(RRAM、PCM、FeFET)的TCAM已被證明能夠克服面積密度/靜態功耗方面的挑戰，而不會降低性能。然而，ReRAM和PCM中的啟動/關閉比例(on/off ratio)對於需要並行搜索海量數據集的許多實際應用來說是不夠的。因為在TCAM陣列中，同一匹配線上的TCAM單元的漏電流會加在一起，並且有限的R比例會使得組數大時很難區分全匹配狀態和1位元不匹配狀態。此外，這些新興記憶體的TCAM的耐用性有限，也限制了數據更新頻率。

本揭露係有關於一種動態記憶體內搜尋裝置及其操作方法。本揭露之動態記憶體內搜尋裝置係為近似DRAM的一種TCAM(其採用一對2T0C結構與2個搜尋電晶體)，以執行記憶體內搜尋的功能。動態記憶體內搜尋裝置100可以提供無限制的更新頻率、快速的搜尋與適合長搜尋字串的開啟/關閉比例(on/off ratio)。單位記憶胞UC係為一6T0C結構。相較於SRAM的TCAM來說，6T0C結構具有較小的面積。本揭露之技術相當適用可於路由器、數據庫搜索、內存數據處理和神經形態計算。

根據本揭露之一方面，提出一種動態記憶體內搜尋裝置(in-dynamic memory search device)。動態記憶體內搜尋裝置包括至少一字元線、至少二位元線、至少一匹配線、至少一單位記憶胞、至少二搜尋線、至少一預充電單元及至少一感測單元。單位記憶胞包括二儲存元件及二搜尋電晶體。各個儲存元件包括一寫入電晶體及一讀取電晶體。寫入電晶體連接於字元線及這些位元線之其中之一。讀取電晶體連接於寫入電晶體及匹配線。這些搜尋電晶體分別連接於這些讀取電晶體。至少二搜尋線分別連接於這些搜尋電晶體。預充電單元連接於匹配線。感測單元連接於匹配線。

根據本揭露之另一方面，提出一種動態記憶體內搜尋裝置之操作方法。動態記憶體內搜尋裝置包括至少一字元線、至少二位元線、至少一匹配線、至少一單位記憶胞及二搜尋電晶體。單位記憶胞包括二儲存元件及二搜尋電晶體。各個儲存元件包括一寫入電晶體及一讀取電晶體。寫入電晶體連接於字元線及這些位元線之其中之一。讀取電晶體連接於寫入電晶體及匹配線。操作方法包括以下步驟。寫入一儲存資料至單位記憶胞。對匹配線預充電。輸入一搜尋資料至這些搜尋線。感測匹配線之一電壓，以判定搜尋資料與儲存資料是否匹配。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100,200:動態記憶體內搜尋裝置

CG,CGj:預充電單元

CV1,CV2,CV3:曲線

DT,DTj:儲存資料

EC:解碼器

GD:接地端

Irk,Iwk:漏電流

Irp:導通電流

ML,MLj:匹配線

RS:搜尋結果

RT0,RT1,RT_0,RT_1,RT_2,RT_3:讀取電晶體

SA,SAj:感測單元

SE0,SE1,SE_0,SE_1,SE_2,SE_3:儲存元件

SL1,SL1’,SLi,SLi’:搜尋線

SR:搜尋資料

SRi:位元

ST0,ST1:搜尋電晶體

SN,SN’:儲存節點

UC,UCij:單位記憶胞

Voff:關閉電壓

Von:啟動電壓

WBL0,WBL1,WBLi,WBLi’:位元線

WT0,WT1,WT_0,WT_1,WT_2,WT_3:寫入電晶體

WWL,WWLj:字元線

第1圖繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置(in-dynamic memory search device)的示意圖。

第2A~2D圖示例說明表一之運作。

第3A~3D圖示例說明表二之運作。

第4圖繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置之操作方法的流程圖。

第5A圖繪示寫入電晶體之電流-電壓特性曲線(I-V characteristic curve)。

第5B圖繪示讀取電晶體之電流-電壓特性曲線。

第6A~6D圖繪示四種2T0C結構。

第7圖繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置。

第8圖繪示匹配線之示例的曲線。

請參照第1圖，其繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置(in-dynamic memory search device)100的示意圖。動態記憶體內搜尋裝置100係為近似DRAM的一種TCAM，以執行記憶體內搜尋的功能。舉例來說，動態記憶體內搜尋裝置100可以是一二維快閃記憶體裝置或一三維快閃記憶體裝置。如第1圖所示，動態記憶體內搜尋裝置100之一單位記憶胞UC用以儲存一儲存資料DT之一個位元。一搜尋資料SR輸入至動態記憶體內搜尋裝置100後，輸出一搜尋結果RS，以得知儲存資料DT與搜尋資料SR是否匹配。

在本揭露中，動態記憶體內搜尋裝置100可以提供無限制的更新頻率、快速的搜尋與適合長搜尋字串的開啟/關閉比例(on/off ratio)。動態記憶體內搜尋裝置100的細部結構及其操作方法將說明如下。

如第1圖所示，單位記憶胞UC係為一6T0C結構。相較於SRAM的TCAM來說，6T0C結構具有較小的面積。「6T0C」指得是6個電晶體與0個電容。在此實施例中，6T0C結構包括一對儲存元件SE0、SE1與兩個搜尋電晶體ST0、ST1。各個儲存元件SE0、SE1係為一2T0C結構。「2T0C」結構指的是2個電晶體與0個電容。詳細來說，儲存元件SE0包括一寫入電晶體WT0及一讀取電晶體RT0；儲存元件SE1包括一寫入電晶體WT1及一讀取電晶體RT1。

動態記憶體內搜尋裝置100包括至少一字元線WWL、至少二位元線WBL0、WBL1、至少一匹配線ML、至少一單位記憶胞UC、至少二搜尋線SL1、SL1’、至少一預充電單元CG及至少一感測單元SA。寫入電晶體WT0之一閘極連接於字元線WWL，寫入電晶體WT0之一源極/汲極連接於位元線WBL0，寫入電晶體WT0之另一源極/汲極連接於讀取電晶體RT0之一閘極。讀取電晶體RT0之閘極連接於寫入電晶體WT0之源極/汲極，讀取電晶體RT0之一源極/汲極連接於匹配線ML，讀取電晶體RT0之另一源極/汲極連接於搜尋電晶體ST0之一源極/汲極。搜尋電晶體ST0之一閘極連接於搜尋線SL1，搜尋電晶體ST0之一源極/汲極連接於讀取電晶體RT0之源極/汲極，搜尋電晶體ST0之另一源極/汲極連接於一接地端GD。讀取電晶體RT0與搜尋電晶體ST0串聯於匹配線ML與接地端GD之間。

寫入電晶體WT1之一閘極連接於字元線WWL，寫入電晶體WT1之一源極/汲極連接於位元線WBL1，寫入電晶體WT1之另一源極/汲極連接於讀取電晶體RT1之一閘極。讀取電晶體RT1之閘極連接於寫入電晶體WT1之源極/汲極，讀取電晶體RT1之一源極/汲極連接於匹配線ML，讀取電晶體RT1之另一源極/汲極連接於搜尋電晶體ST1之一源極/汲極。搜尋電晶體ST1之一閘極連接於搜尋線SL1’，搜尋電晶體ST1之一源極/汲極連接於讀取電晶體RT1之源極/汲極，搜尋電晶體ST1之另一源極/汲極連接於接地端GD。讀取電晶體RT1與搜尋電晶體ST1串聯於匹配線ML與接地端GD之間。

預充電單元CG連接於匹配線ML，以對匹配線ML預充電至一預定電壓位準。感測單元SA連接於匹配線ML，以感測匹配線ML之電壓。

請參照表一及第2A~2D圖。表一記錄在寫入儲存資料DT時，對動態記憶體內搜尋裝置100所施加的電壓。第2A~2D圖示例說明表一之運作。在表一之第一列中，欲儲存於單位記憶胞UC之儲存資料DT為「0」。在表一之第二列中，欲儲存於單位記憶胞UC之儲存資料DT為「1」。在表一之第三列中，欲儲存於單位記憶胞UC之儲存資料DT為「不在意(Don’t’care)」。「不在意(Don’t’care)」可以匹配於任何搜尋資料SR。在表一之第四列中，欲儲存於單位記憶胞UC之儲存資料DT為「無效(Invalid)」。「無效(Invalid)」無法匹配於任何搜尋資料SR。

如第2A圖及表一第一列所示，「0」欲儲存於單位記憶胞UC。字元線WWL被施加一啟動電壓(例如是3V)，以導通寫入電晶體WT0、WT1。搜尋線SL1、SL1’被施加一關閉電壓(例如是0V)，以關閉搜尋電晶體ST0、ST1。位元線WBL0被施加一預定低電壓(例如是0V)，位元線WBL1被施加一預定高電壓(例如是1V)。「預定低電壓、預定高電壓」(「0V、1V」)表示儲存資料DT的「0」。由於寫入電晶體WT0已導通，施加於位元線WBL0之0V將會被儲存於寫入電晶體WT0與讀取電晶體RT0之間的儲存節點SN。由於寫入電晶體WT1已導通，施加於位元線WBL1之1V將會被儲存於寫入電晶體WT1與讀取電晶體RT1之間的儲存節點SN’。

如第2B圖及表一第二列所示，「1」欲儲存於單位記憶胞UC。字元線WWL被施加一啟動電壓(例如是3V)，以導通寫入電晶體WT0、WT1。搜尋線SL1、SL1’被施加一關閉電壓(例如是0V)，以關閉搜尋電晶體ST0、ST1。位元線WBL0被施加一預定高電壓(例如是1V)，位元線WBL1被施加一預定低電壓(例如是0V)。「預定高電壓、預定低電壓」(「1V、0V」)表示儲存資料DT的「1」。由於寫入電晶體WT0已導通，施加於位元線WBL0之1V將會被儲存於寫入電晶體WT0與讀取電晶體RT0之間的儲存節點SN。由於寫入電晶體WT1已導通，施加於位元線WBL1之0V將會被儲存於寫入電晶體WT1與讀取電晶體RT1之間的儲存節點SN’。

如第2C圖及表一第三列所示，「不在意(Don’t care)」欲儲存於單位記憶胞UC。字元線WWL被施加一啟動電壓(例如是3V)，以導通寫入電晶體WT0、WT1。搜尋線SL1、SL1’被施加一關閉電壓(例如是0V)，以關閉搜尋電晶體ST0、ST1。位元線WBL0被施加一預定低電壓(例如是0V)，位元線WBL1被施加一預定低電壓(例如是0V)。「預定低電壓、預定低電壓」(「0V、0V」)表示儲存資料DT的「不在意(Don’t care)」。由於寫入電晶體WT0已導通，施加於位元線WBL0之0V將會被儲存於寫入電晶體WT0與讀取電晶體RT0之間的儲存節點SN。由於寫入電晶體WT1已導通，施加於位元線WBL1之0V將會被儲存於寫入電晶體WT1與讀取電晶體RT1之間的儲存節點SN’。

如第2D圖及表一第四列所示，「無效(Invalid)」欲儲存於單位記憶胞UC。字元線WWL被施加一啟動電壓(例如是3V)，以導通寫入電晶體WT0、WT1。搜尋線SL1、SL1’被施加一關閉電壓(例如是0V)，以關閉搜尋電晶體ST0、ST1。位元線WBL0被施加一預定高電壓(例如是1V)，位元線WBL1被施加一預定高電壓(例如是1V)。「預定高電壓、預定高電壓」(「1V、1V」)表示儲存資料DT的「無效(Invalid)」。由於寫入電晶體WT0已導通，施加於位元線WBL0之1V將會被儲存於寫入電晶體WT0與讀取電晶體RT0之間的儲存節點SN。由於寫入電晶體WT1已導通，施加於位元線WBL1之1V將會被儲存於寫入電晶體WT1與讀取電晶體RT1之間的儲存節點SN’。

請參照表二及第3A~3D圖。表二在搜尋儲存資料DT時，對動態記憶體內搜尋裝置100所施加的電壓。第3A~3D圖示例說明表二之運作。在表二之第一列中，搜尋資料SR係為「0」。在表二之第二列中，搜尋資料SR係為「1」。在表二之第三列中，搜尋資料SR係為「萬用卡(Wildcard)」。「萬用卡(Wildcard)」可以匹配於任何的儲存資料DT。在表二之第四列中，搜尋資料SR係為「無效(Invalid)」。「無效(Invalid)」無法匹配於任何的儲存資料DT。

如第3A圖所示，搜尋資料SR係為「0」，儲存資料DT係為「0」。1V與0V分別施加於搜尋線SL1、SL1’，0V與1V分別儲存於儲存節點SN、SN’。儲存節點SN係為0V，故讀取電晶體RT0被關閉，0V施加於搜尋線SL1’，故搜尋電晶體ST1被關閉。因此，匹配線ML的電壓將會維持不變。

如第3B圖所示，搜尋資料SR係為「1」，儲存資料DT係為「0」。0V與1V分別施加於搜尋線SL1、SL1’，0V與1V分別儲存於儲存節點SN、SN’。儲存節點SN’係為1V，故讀取電晶體RT1被導通，1V施加於搜尋線SL1，故搜尋電晶體ST1被導通。因此，匹配線ML的電壓將會被下拉。

如第3C圖所示，搜尋資料SR係為「萬用卡(Wildcard)」，儲存資料DT係為「0」。0V與0V分別施加於搜尋線SL1、SL1’，0V與1V分別儲存於儲存節點SN、SN’。儲存節點SN係為0V，故讀取電晶體RT0被關閉，0V施加於搜尋線 SL1，故搜尋電晶體ST1被關閉。因此，匹配線ML的電壓將會維持不變。

如第3D圖所示，搜尋資料SR係為「0」，儲存資料DT係為「不在意(Don’t care)」。1V與0V分別施加於搜尋線SL1、SL1’，0V與0V分別儲存於儲存節點SN、SN’。儲存節點SN係為0V，故讀取電晶體RT0被關閉，0V施加於搜尋線SL1，故搜尋電晶體ST1被關閉。因此，匹配線ML的電壓將會維持不變。

一些例子已經示例說明如上，但動態記憶體內搜尋裝置100的操作並不局限於上述的例子。動態記憶體內搜尋裝置100的操作可以透過以下流程圖來進行。

請參照第4圖，其繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置100之操作方法的流程圖。操作方法包括步驟S110~S140。在步驟S110中，如第2A~2D圖所示的例子，儲存資料ST寫入於單位記憶胞UC中。請參照第5A圖，其繪示寫入電晶體WT0(或寫入電晶體WT1)之電流-電壓特性曲線(I-V characteristic curve)。在此步驟中，字元線WWL被施加啟動電壓Von(例如是3V)，以啟動寫入電晶體WT0、WT1。當寫入電晶體WT0、WT1被啟動，施加於位元線WBL0、WBL1之電壓將被儲存於儲存節點SN、SN’。

在電壓儲存於儲存節點SN、SN’之後，字元線WWL被施加關閉電壓Voff(例如是0V或-2V)，以關閉寫入電晶體WT0、WT1，使得儲存於儲存節點SN、SN’的電壓能夠維持。在一實施例中，寫入電晶體WT0、WT1之通道層的材料可以是氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,IGZO)、多晶矽(poly-silicon)、非晶矽(amorphous silicon,a-Si)、或多晶鍺(polycrystalline germanium,poly-Ge)，以使寫入電晶體WT0、WT1的漏電流Iwk可以盡可能地降低。在寫入電晶體WT0、WT1的漏電流Iwk可以相當低的情況下，儲存於儲存節點SN、SN’的電壓可以被維持得很好。

然後，在步驟S120中，如第3A~3D圖的例子所示，預充電單元CG對匹配線ML進行預充電。舉例來說，匹配線ML可以被預充電至一設定電壓(例如是5V)。

接著，在步驟S130中，如第3A~3D圖的例子所示，搜尋資料SR輸入至搜尋線SL1、SL1’。在此步驟中，當儲存於儲存節點SN的電壓為1V，讀取電晶體RT0被導通；當儲存於儲存節點SN’的電壓為1V，讀取電晶體RT1被導通；當施加於搜尋線SL1的電壓為1V，搜尋電晶體ST0被導通；當施加於搜尋線SL1’的電壓為1V，搜尋電晶體ST1被導通。

請參照第5B圖，其繪示讀取電晶體RT0(或讀取電晶體RT1)之電流-電壓特性曲線。在一實施例中，讀取電晶體RT0、RT1之通道層之材料例如是單晶矽(single crystal silicon)、單晶鍺(single crystal Ge)、III-V族材料、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,IGZO)，以使讀取電晶體RT0、RT1之導通電流(pass current)Irp可以盡可能地提高。在讀取電晶體RT0、RT1的導通電流Irp可以相當高的情況下，匹配線ML的電壓拉低可以變得相當明顯且搜尋速度也可以提升。

如第5B圖所示，導通電流Irp約為1*10^-6A，漏電流Irk約為1*10^-12A。讀取電晶體RT0、RT1的啟動/關閉比率相當的大(約為10^-6)，而能夠應用於長字串的搜尋。

接著，在步驟S140中，感測單元SA感測匹配線ML之電壓，以判定搜尋資料SR與儲存資料DT是否匹配。

儲存元件SE0、SE1係為一2T0C結構。在一些實施例中，2T0C結構可以透過以下四種結構來實現。請參照第6A~6D圖，其繪示四種2T0C結構。如第6A圖所示，儲存元件SE_0包括一寫入電晶體WT_0及一讀取電晶體RT_0。在儲存元件SE_0中，寫入電晶體WT_0與讀取電晶體RT_0皆為一種臨界電壓可調電晶體(threshold voltage tunable transistor)。舉例來說，寫入電晶體WT_0在其閘極堆疊具有一電荷存儲層(charge storage layer)或一鐵電層(ferroelectric layer)，讀取電晶體RT_0在其閘極堆疊具有一電荷存儲層或一鐵電層。電荷存儲層或鐵電層係以斜線表示。舉例來說，電荷存儲層例如是一SONOS結構或一浮動閘極(floating gate)，鐵電層例如是一FeFET結構。

如第6B圖所示，儲存元件SE_1包括一寫入電晶體WT_1及一讀取電晶體RT_1。在儲存元件SE_1中，僅有讀取電晶體RT_1為臨界電壓可調電晶體。舉例來說，寫入電晶體WT_1不具有任何電荷存儲層或任何鐵電層，讀取電晶體RT_1在其閘極堆疊具有一電荷存儲層或一鐵電層。電荷存儲層或鐵電層係以斜線表示。舉例來說，電荷存儲層例如是一SONOS結構或一浮動閘極，鐵電層例如是一FeFET結構。

如第6C圖所示，儲存元件SE_2包括一寫入電晶體WT_2及一讀取電晶體RT_2。在儲存元件SE_2中，僅有寫入電晶體WT_2為臨界電壓可調電晶體。舉例來說，寫入電晶體WT_2在其閘極堆疊具有一電荷存儲層或一鐵電層，讀取電晶體RT_2不具有任何電荷存儲層或任何鐵電層。電荷存儲層或鐵電層係以斜線表示。舉例來說，電荷存儲層例如是一SONOS結構或一浮動閘極，鐵電層例如是一FeFET結構。

如第6D圖所示，儲存元件SE_3包括一寫入電晶體WT_3及一讀取電晶體RT_3。在儲存元件SE_3中，寫入電晶體WT_3及讀取電晶體RT_3皆不是臨界電壓可調電晶體。舉例來說，寫入電晶體WT_3不具有任何電荷存儲層或任何鐵電層，讀取電晶體RT_3不具有任何電荷存儲層或任何鐵電層。

在臨界電壓可調電晶體所實現的2T0C結構中，漏電流及導通電流可以調整，且可以獲得許多優點。舉例來說，如第5A圖所示，當寫入電晶體WT0、WT1的漏電流Iwk被調整的較低，儲存於儲存節點SN、SN’之電壓可以維持得很好。此外，如第5B圖所示，當讀取電晶體RT0、RT1的導通電流被調整的較高，匹配線ML的電壓下拉會變得比較明顯，且可增加搜尋速度。當讀取電晶體RT0、RT1的啟動/關閉比率被調整的的較大，則可適用於長字串的搜尋。

再者，在儲存元件SE0、SE1中，儲存資料DT係透過電壓儲存於儲存節點SN、SN’，故動態記憶體內搜尋裝置可以提供無限次的更新頻率。

此外，上述之動態記憶體內搜尋裝置10可以採用陣列結構來實現，以進行長字串的搜尋。請參照第7圖，其繪示根據一實施例之動態記憶體內搜尋裝置200。動態記憶體內搜尋裝置200包括數個字元線WWLj、數個位元線WBLi、WBLi’、數個匹配線MLj、數個單位記憶胞UCij、數個搜尋線SLi、SLi’、數個預充電單元CGj、數個感測單元SAj及一解碼器(priority encoder)EC。搜尋資料SR包括數個位元SRi。搜尋資料SR輸入至動態記憶體內搜尋裝置200後，感測單元SAj感測匹配線MLj之電壓，以判定儲存資料DTj是否匹配於搜尋資料SR。請參照第8圖，其繪示匹配線MLj之示例的曲線CV1、CV2、CV3。當儲存資料DTj的所有位元匹配於搜尋資料SR的所有位元，曲線CV1的電壓被維持住，而沒有下拉。

當儲存資料DTj有一個位元不匹配於搜尋資料SR的一對應位元，曲線CV2的電壓被輕微地下拉。

當儲存資料DTj有兩個位元不匹配於搜尋資料SR的對應兩個位元，曲線CV3被大幅下拉。

解碼器EC可以根據電壓下拉量來輸出搜尋結果RS。在搜尋結果RS中，儲存資料DTj可以根據匹配程度進行排序。

根據上述實施例，動態記憶體內搜尋裝置係為近似DRAM的一種TCAM(其採用一對2T0C結構與2個搜尋電晶體)，以執行記憶體內搜尋的功能。動態記憶體內搜尋裝置100可以提供無限制的更新頻率、快速的搜尋與適合長搜尋字串的開啟/關閉比例(on/off ratio)。單位記憶胞UC係為一6T0C結構。相較於SRAM的TCAM來說，6T0C結構具有較小的面積。本揭露之技術相當適用可於路由器、數據庫搜索、內存數據處理和神經形態計算。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:動態記憶體內搜尋裝置

CG:預充電單元

DT:儲存資料

GD:接地端

ML:匹配線

RS:搜尋結果

RT0,RT1:讀取電晶體

SA:感測單元

SE0,SE1:儲存元件

SL1,SL1’:搜尋線

SR:搜尋資料

ST0,ST1:搜尋電晶體

SN,SN’:儲存節點

UC:單位記憶胞

WBL0,WBL1:位元線

WT0,WT1:寫入電晶體

WWL:字元線

Claims

一種動態記憶體內搜尋裝置(in-dynamic memory search device)，包括：至少一字元線；至少二位元線；至少一匹配線；至少一單位記憶胞，包括：二儲存元件，各該儲存元件包括：一寫入電晶體，連接於該字元線及該些位元線之其中之一；及一讀取電晶體，連接於該寫入電晶體及該匹配線；及二搜尋電晶體，分別連接於該些讀取電晶體；至少二搜尋線，分別連接於該些搜尋電晶體；至少一預充電單元，連接於該匹配線；以及至少一感測單元，透過該匹配線連接於各該讀取電晶體之一端。
如請求項1所述之動態記憶體內搜尋裝置，其中各該儲存元件包括一儲存節點，各該儲存節點位於各該寫入電晶體與各該讀取電晶體之間，該單位記憶胞儲存一儲存資料之一位元於該些儲存節點。
如請求項2所述之動態記憶體內搜尋裝置，其中藉由導通該些寫入電晶體，該儲存資料寫入該些儲存節點。
如請求項1所述之動態記憶體內搜尋裝置，其中在各該儲存元件中，該寫入電晶體及該讀取電晶體皆為臨界電壓可調電晶體(threshold voltage tunable transistor)。
如請求項1所述之動態記憶體內搜尋裝置，其中在各該儲存元件中，該寫入電晶體及該讀取電晶體之其中之一為一臨界電壓可調電晶體(threshold voltage tunable transistor)。
如請求項1所述之動態記憶體內搜尋裝置，其中該些讀取電晶體之其中之一與該些搜尋電晶體之其中之一串連於該匹配線與一接地端之間。
一種動態記憶體內搜尋裝置之操作方法，其中該動態記憶體內搜尋裝置包括至少一字元線、至少二位元線、至少一匹配線、至少一單位記憶胞及二搜尋電晶體，該單位記憶胞包括二儲存元件及二搜尋電晶體，各該儲存元件包括一寫入電晶體及一讀取電晶體，該寫入電晶體連接於該字元線及該些位元線之其中之一，該讀取電晶體連接於該寫入電晶體，各該讀取電晶體之一端透過該匹配線連接於該感測單元，該操作方法包括：寫入一儲存資料至該單位記憶胞；對該匹配線預充電；輸入一搜尋資料至該些搜尋線；以及感測該匹配線之一電壓，以判定該搜尋資料與該儲存資料是否匹配。
如請求項7所述之動態記憶體內搜尋裝置之操作方法，其中各該儲存元件包括一儲存節點，各該儲存節點位於各該寫入電晶體與各該讀取電晶體之間，在寫入該儲存資料至該單位記憶胞之步驟中，該儲存資料之一位元儲存於該些儲存節點。
如請求項7所述之動態記憶體內搜尋裝置之操作方法，其中在寫入該儲存資料至該單位記憶胞之步驟中，藉由導通該些寫入電晶體，以寫入該儲存資料至該些儲存節點。
如請求項7所述之動態記憶體內搜尋裝置之操作方法，其中在感測該匹配線之該電壓的步驟中，當該匹配線之該電壓維持，則判定該搜尋資料與該儲存資料匹配。