TCAM（三态内容寻址存储器，ternary content-addressable memory）作为一个基本功能广泛应用于网卡、路由器、交换机、防火墙等网络设备中，通常用于路由查找、包过滤等场景。具有并行比较、查找速度快、支持模糊匹配的优势。

TCAM的基本实现方法如图所示：

TCAM实现的基本过程包含搜索广播、匹配比较、优先级编码器三个部分。其中使用key RAM、mask RAM分别存储报文分类所需的关键字（key）和查找掩码（mask）。当报文进入网络设备时，使用报文识别出来的报文特征如五元组进行组合，得到报文的tuple，将报文的tuple进行掩码，得到匹配的特征值。使用掩码后的特征值与配置的key进行匹配，得到若干匹配结果。将匹配结果进行优先级排序。根据排序结果获取报文动作和去向。上述过程如下图所示。

四个过程通常使用4级pipeline进行实现。

考虑逻辑优化，我们可以将4级pipeline压缩为3级。将mask和key压缩为同一级pipeline实现，使用一种替代逻辑进行实现： = (~Key & Mask) | (Key & Tuple)。减少一级pipeline可以减少资源消耗。

压缩后TCAM分为三个过程

TCAM表在逻辑实现中的优化

资源优化：对于一些小规格设备（如小于等于64条TCAM），可以直接使用片上寄存器实现mask表和key表；对于中等规格设备（如数万条TCAM），可以使用片上BRAM实现mask表和key表；对于大规格设备（如百万条TCAM），在进行芯片设计时通常会使用厂商特种芯片库进行非易失性存储，在进行FPGA设计时会使用厂商IP进行设计。

功耗优化：对于大规模设备，一个报文只会命中很小比例的表项，但是会进行所有的表项匹配，可以通过分组分时匹配，牺牲报文转发速率实现功耗降低。

时序优化：对于大规模设备，命中结果进行优先级排序的过程，需要对上百万位宽的匹配结果进行优先级排序，对时序是极大的挑战。可以通过分组匹配搭配分层匹配，层层获取排序结果，经过多个时钟周期得到优先级排序结果。