Mit dem rasanten Ausbau von 5G sowie Cloud- und Edge-Computing steigt der Netzwerkverkehr kontinuierlich an und treibt die Nachfrage nach großen und vielfältigen TCAM-Konfigurationen, beispielsweise 256 Bit × 4.096 Einträgen, an. Herkömmliche Skalierungsmethoden, die ausschließlich auf festen Makros basieren, vergrößern den Peripheriebereich aufgrund der höheren Anzahl an Speicherbänken und Repeatern, erschweren die Timing-Optimierung und erhöhen den Stromverbrauch bei Suchvorgängen. Darüber hinaus benötigen Automobilanwendungen einen höheren Sicherheitsumfang, um Standards wie ISO 26262 zu erfüllen. Renesas begegnet diesen Herausforderungen mit folgenden Innovationen:
1. Integrierter Ansatz für harte und weiche Makros für flexible Konfiguration.
Die neuen harten TCAM-Makros werden von einem Speichercompiler mit hoher Granularität unterstützt: Suchschlüsselbreiten von 8 bis 64 Bit und Eintragstiefen von 32 bis 128. Größere Konfigurationen (z. B. 256 Bit × 4.096 Einträge) werden durch die Kombination dieser Makros mit der automatischen Generierung weicher Makros erreicht. So entsteht ein einzelnes konfigurierbares Makro, das mehrere Anwendungsfälle auf einem einzigen Chip abdeckt. Dies ermöglicht eine branchenführende Speicherdichte von 5,27 Mb/mm².
2. Erkennung vollständiger Nichtübereinstimmungen und segmentierte Suche auf Makroebene
Jedes Makro integriert eine Schaltung zur Erkennung vollständiger Fehlpaarungen und führt eine zweistufige segmentierte Suche durch. Abhängig vom Ergebnis der ersten Stufe kann die zweite Stufe fortgesetzt oder abgebrochen werden, um unnötigen Stromverbrauch zu vermeiden.
Bei Konfigurationen mit 64–256 Bit × 512 Einträgen reduziert dieser Ansatz den Stromverbrauch der Suche um bis zu
71,1 % bei spaltensegmentierter
und 65,3 % bei zeilensegmentierter Suche
. In einer Konfiguration mit 256 Bit × 512 Einträgen erreicht das Design einen Stromverbrauch von 0,167 fJ/Bit und eine Suchfrequenz von 1,7 GHz. Der TCAM-Leistungsindex erreicht 53,8 und übertrifft damit bisherige Ergebnisse.
3. Verbesserte funktionale Sicherheit für Automobilanwendungen:
Da TCAM-Zellen für dieselbe Adresse physisch nahe beieinander liegen, können Doppelfehler mit herkömmlichem ECC nicht korrigiert werden. Renesas führt daher
eine Trennung der Datenbusse in gerade und ungerade Nummern ein, um die Daten physisch zu trennen, sowie
dedizierte SRAM-Parität für die ECC-Parität mit unabhängiger Dekodierung.
Diese Techniken verbessern die für Automobilanwendungen erforderliche Sicherheitsabdeckung deutlich.
Dank seiner Flexibilität, Energieeffizienz und hohen Zuverlässigkeit eignet sich dieses TCAM ideal nicht nur für Automobilanwendungen, sondern auch für industrielle Anwendungen und Konsumgüter. Renesas wird auch weiterhin Speicherarchitekturen mit hoher Kapazität, niedrigem Stromverbrauch und hoher Zuverlässigkeit entwickeln.
