BCAM

与具有简单存储单元的静态 RAM (SRAM) 不同，全并行 CAM 中的每个单独的存储位都必须具有与自身相关的比对电路，以检测存储位和输入位之间的匹配情况。此外，在使用 CAM 时，必须将数据字中每个单元的匹配输出组合起来，才能产生完整的数据字匹配信号。增加电路就会增大 CAM 的物理尺寸5。由于在给定的周期中并行搜索了所有条目，所以会有大量的电路处于活动状态。因此，最大的挑战就是如何尽量降低随着配置规模增大而升高的 CAM 功耗。

图 1. 基于 CAM 的搜索可以并行比对所有内容，这种方法比 SRAM 快得多，但是也增加了复杂性、面积和功耗

TCAM

CAM 主要有两种：二进制 CAM (BCAM) 和三进制 CAM (TCAM)。BCAM 是最简单的 CAM 类型，因为它们在存储的字符中仅使用 1 和 0。TCAM 还支持在搜索字符中含有第三种匹配状态，即一个或多个数位的 X 或“无关”。BCAM 用“10010”作为一个存储词，而 TCAM 可以用“10XX0”做存储词。“无关”状态可以让 TCAM 灵活匹配四个搜索词中的任何一个——"10000、" "10010、" "10100" 或 "10110。"通过为每个存储单元添加一个屏蔽位来添加“无关”状态，这进一步增加了复杂性。TCAM 中的优先级编码器可确保仅输出第一个匹配条目。X 的灵活编码减少了存储条目的数量，从而进一步提高了搜索效率。

Expensive
Limited Capacity
Large Power Consumption

高级网络 SoC 中的 TCAM

图 2 显示了网络应用中 TCAM 的三种可能配置，其中速度-就是每秒的 CAM 访问量 (Msps) 是核心配置。上述每个示例（MAC、交换和数据包处理）都是网络硬件的关键组件，需要很高的每秒访问量。虽然包处理的速度要求最高，但是 MAC 和交换模块也需要高速访问。此外，由于高级网络上的流量增加且设备数量增多，使得所有这三种应用都具有很高的端口带宽要求。

图 2. 网络应用中的 TCAM 配置

TCAM 的内容量逐渐增大，而企业、网络和路由片上系统 (SoC) 设计正朝着更小的几何形状发展（图 3）。TCAM 的几何形状变小了，功能还增多了 IP 和 MAC 查找以及纠错码 (ECC)。

活动控制列表 (ACL) 是一个过滤器，用于控制进出网络的网络流量。要么允许，要么拒绝数据包访问使用 TCAM 的特定端口或特定类型的服务。常用网关的 ACL 规则只能包含几千到几万个条目。例如，一个 2K 深度和 288 宽度的 ACL 规则列表可以处理 IPv4 和 IPv6 标准。IPv6 是新一代互联网协议 (IP) 地址标准，用于补充并最终替代 IPv4（当今大多数互联网服务使用的协议）。思科在《2015-2020 年 VNI 全球 IP 流量预测》中指出，到 2020 年，全球互联网流量的 34% 都会通过 IPv6 驱动。从 2015 年到 2020 年，IPv6 流量增长 16 倍，复合年增长率为 74%。

图 3 汇总代表性 SoC 中的 TCAM 内容

参考

Synopsys 基础 IP TCAM 介绍

PPT：Packet Classification Using Binary Content Addressable Memory

论文：Packet Classification Using Binary Content Addressable Memory

TCAM完全说明

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BCAM（Binary Content Addressable Memory）和TCAM（Ternary Content Addressable Memory）

BCAM

TCAM

高级网络 SoC 中的 TCAM

参考

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