Notes about Content-Addressable Memory (CAM)
本文将mark下Content-Addressable Memory(CAM)相关notes，整理下来自deepseek的回答。
CAM是一种特殊类型的存储器，其核心特点是通过内容直接检索数据，而非传统存储器（如RAM）通过地址访问数据的方式。
基本原理
传统存储器（如RAM）：输入地址，返回该地址存储的数据；CAM：输入待查找的数据（关键词），返回该数据所在的地址或关联的其他数据。
工作流程如下所示:
- 用户提供待匹配的关键词（Search Key）。
- CAM在存储的所有条目中并行比较关键词。
- 返回匹配条目的地址或关联数据（如优先级最高的匹配结果）。
CAM的类型
二元CAM（Binary CAM, BCAM）：
- 仅支持精确匹配（0或1）
- 应用场景：精确查找，如MAC地址表
三元CAM（Ternary CAM, TCAM）：
- 支持0、1和“无关”（Don’t Care）三种状态（通常用掩码表示）
- 可实现部分匹配，适用于需要通配符的场景
- 典型应用：IP路由中的最长前缀匹配（Longest Prefix Match）
核心优势
- 高速并行搜索：所有存储条目同时比较，搜索时间复杂度为O(1)，远快于软件算法（如哈希表、树结构）
- 硬件级效率：无需遍历数据或处理冲突，适合实时性要求高的场景
应用场景
网络设备：
- 路由器/交换机：快速查找路由表、MAC地址表
- 防火墙：基于规则的实时流量过滤
缺点与挑战
- 高功耗：并行比较所有条目导致大量晶体管同时切换，功耗显著高于传统存储器
- 高成本：每个存储单元需集成比较电路，芯片面积增大
- 容量限制：受限于功耗和成本，CAM通常用于小规模高速缓存场景
TCAM的“无关”位示例
在IP路由中，TCAM允许将子网掩码未覆盖的位设为“无关”，例如：IP地址：192.168.1.0/24（二进制：11000000.10101000.00000001.********），TCAM条目：11000000 10101000 00000001 XXXXXXXX（X表示“无关”位），搜索时，只需匹配前24位，后8位忽略，实现高效的最长前缀匹配。
总结
CAM通过硬件并行性实现了极速数据检索，是网络设备和高速缓存的核心组件，但其功耗和成本限制了大规模应用。
参考资料: