在近几十年里,互联网信息技术高速发展,网络的终端与数据量的规模越来越庞大,数据结构也越来越复杂。现有的搜索匹配方案已经无法满足数据快速准确的搜索要求。针对数据搜索匹配方案的发展现状,研究人员提出了基于硬件的匹配方案。TCAM(三态内容可寻址寄存器),相较于精确匹配的CAM方案,除了“0”和“1”两种状态之外,还有第三种状态:don’t care。这意味着TCAM不仅可以进行精确匹配,还可以进行模糊匹配,这极大地扩大了 TCAM电路地应用范围。但是,随着互联网的发展以及数据规模的增大,需要更高性能的TCAM电路来满足当前的匹配要求。在这样的背景下,本论文提出一种HP-TCAM(High-Performance TCAM,高性能TCAM)电路结构。首先,本论文对传统TCAM电路的单元结构进行了改进,提出了一种筒式TCAM单元结构。筒式TCAM单元具有良好的对称性,保证电路具有较好的抗干扰能力。其次,本论文通过分析两种不同的Match Line结构,设计了一种具有两级比较结构的NOR型Match Line结构。之后,根据所需求的性能、时序、面积等参数,设计了电路的输入电路(其中搜索信号由于其特殊性,通过输入动态转换电路将其转变为动态信号)、驱动电路、tree型时序电路以及静态预译码电路。最终,基于以上提到的设计方法,通过采用甚深亚微米级工艺全定制实现了规模为128条目×128比特的HP-TCAM版图,并对其进行了仿真。通过设置该电路的时钟周期为0.4ns,仿真结果在典型工艺参数下的搜索速度达到了 0.21ns,而该电路的面积仅为20381μm2;功耗为2.6fj/bit/search。