A Charge-Domain Content-Addressable Memory Based on a Single Ferroelectric Device for High Density and Enhanced Linearity
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김상완
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000081830
- UCI I804:11029-000000081830
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
내용 주소화 기억 장치(content-addressable memory: CAM)은 병렬 검색 연산이 가능한 메모리 장치로, 네트워크 라우팅 및 뉴로모픽 컴퓨팅과 같은 데이터 중심 응용 분야에서 유망한 기술로 주목받고 있다. 특히, 저장된 데이터와 검색 데이터의 유사도를 나타내는 해밍 거리 (Hamming distance: HD)를 정확하게 계산하는 것은 신뢰성 높은 검색 기능 구현에 필수적이다. 그러나 기존의 전류 도메인 CAM은 출력 전압의 비선형성으로 인해 정확한 HD 연산이 어렵다는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 강유전체가 적용된 gated p-i-n 구조 기반의 전하 도메인 CAM을 처음으로 제안하고 실험적으로 검증하였다. 게이트-소스 및 게이트-드레인 커패시턴스의 비율과 강유전체 스위칭을 활용하여, 단일 소자 기반 XNOR 논리를 구현하였다. 또한, technology computer-aided design (TCAD) mixed-mode 시뮬레이션을 통해 어레이 수준 특성을 평가하였으며, 출력 전압이 일치하지 않은 셀 수에 대해 선형적인 관계를 나타내어 정밀한 HD 연산이 가능함을 확인하였다. 그 결과, 제안된 CAM은 HD 연산 정확도 및 신뢰성 측면에서 기존 전하 도메인 CAM보다 우수한 성능을 보인다.
more초록 (요약문)
Content-addressable memory (CAM), which enables parallel search operation, is a promising technology for data-centric applications such as network routing and neuromorphic computing. In particular, accurate computation of Hamming distance (HD), which represents the degree of similarity between stored and search data, is essential for reliable search functionality. However, conventional current-domain CAMs struggle to compute HD accurately due to the non-linear behavior of their output voltage. In this study, a charge-domain CAM based on a ferroelectric gated p-i-n structure, is proposed and experimentally demonstrated for the first time. By utilizing the capacitance ratio between gate-to-source (Cgs) and gate-to-drain (Cgd) terminals, along with ferroelectric switching, single-device XNOR logic is achieved. Furthermore, array-level characteristics are evaluated using technology computer-aided design (TCAD) mixed-mode simulations. The output voltage shows a linear correlation with the number of mismatched cells, enabling precise HD computations. Consequently, the proposed CAM outperforms conventional current-domain CAMs in terms of HD accuracy and reliability.
more목차
Chapter 1. Introduction1
1.1 Background of content-addressable memory (CAM)1
1.2 Conventional CAM devices4
1.3 Limitations of conventional CAM devices.8
1.4 Outline of the dissertation10
Chapter 2. Charge-domain CAM based on a single ferroelectric
device11
2.1 Operation principles11
2.2 Device configuration17
Chapter 3. Device fabrication and characteristics22
3.1 Fabrication process22
3.2 Device characteristics24
Chapter 4. Results and discussion28
4.1 Experimental results28
4.2 Evaluation of array characteristics31
4.3 Impact of design parameters35
Chapter 5. Conclusion39
Acknowledgement40
References41
