Нужен коммутатор на 256 входов и 16 выходов с памятью. Или пример внутренней структуры.

Однозначно ПЛИС.
Структура я так понимаю выглидит как 16 коммутатаров 16:1.

Спасибо, как раз сам об этом думал. А как это запихнуть в микросхему, в которой будет еще всяко-разно? Т.е. какие программные средства проектирования юзать?

Зависит от выбраной ПЛИС. Я бы порекомендовал CPLD от Xilinx. С учётом большого количества ножек и несложной логики Вам, возможно, будет дешевле использовать не одну, а две микросхемы. А то и все четыре.

P.S. Надеюсь Вы понимаете, что коммутатор на ПЛИС будет работать только с цифровыми сигналами

Ну ессно....