Assertion Based Verification

1. Definition: What is Assertion Based Verification?

Assertion Based Verification (ABV)는 디지털 회로 설계에서 중요한 검증 기법으로, 설계의 특정 속성이 충족되는지를 확인하기 위해 명시적인 주장을 사용하는 방법론이다. ABV는 설계의 동작이 예상한 대로 이루어지고 있는지를 검증하는 데 초점을 맞추며, 이는 특히 VLSI 시스템에서 복잡한 회로의 오류를 조기에 발견하는 데 필수적이다.

ABV의 핵심은 “assertions”라는 개념으로, 이는 특정 조건이나 속성이 만족되어야 함을 명시하는 논리적 표현이다. 이러한 assertions는 설계의 특정 동작이나 상태가 발생할 때 활성화되며, 이를 통해 설계의 동작을 모니터링하고, 의도된 기능과 실제 동작 간의 불일치를 식별할 수 있다. ABV는 동적 시뮬레이션과 결합되어 사용되며, 이로 인해 검증 프로세스가 더욱 효율적이고 효과적으로 이루어진다.

ABV의 중요성은 다음과 같다. 첫째, 설계 초기 단계에서부터 오류를 발견할 수 있어 전체 개발 비용을 절감할 수 있다. 둘째, 복잡한 VLSI 설계에서 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 다룰 수 있어, 보다 포괄적인 검증이 가능하다. 마지막으로, ABV는 자동화 도구와 함께 사용될 수 있어, 검증 프로세스를 효율적으로 관리할 수 있다. 이러한 이유로 ABV는 현대 디지털 회로 설계에서 필수적인 검증 방법론으로 자리 잡고 있다.

2. Components and Operating Principles

Assertion Based Verification의 구성 요소와 작동 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다. ABV는 주로 세 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있다: assertions, verification environment, 그리고 simulation engine. 이들 구성 요소는 서로 상호작용하며, ABV의 효과적인 구현을 위해 필수적이다.

첫 번째 구성 요소인 assertions는 설계의 특정 조건이나 상태를 나타내는 논리적 표현이다. 이러한 assertions는 설계의 기능적 요구 사항을 명확히 정의하며, 설계의 동작을 모니터링하여 의도된 기능이 제대로 수행되고 있는지를 확인한다. Assertions는 다양한 형태로 표현될 수 있으며, 예를 들어 temporal logic, state machines, 또는 property specification language(PSL)와 같은 형식을 사용할 수 있다. 이러한 다양한 표현 방식은 설계의 복잡성과 요구 사항에 따라 적절히 선택될 수 있다.

두 번째 구성 요소인 verification environment는 assertions가 적용될 수 있는 테스트 환경을 제공한다. 이 환경은 테스트 벤치(testbench), stimulus generator, 그리고 scoreboarding과 같은 다양한 요소로 구성되어 있으며, 이들은 함께 작동하여 assertions의 검증을 지원한다. 테스트 벤치는 설계의 입력을 생성하고, stimulus generator는 다양한 시나리오를 생성하여 설계의 동작을 유도한다. Scoreboarding은 실제 출력과 예상 출력을 비교하여 검증 결과를 평가하는 역할을 한다.

세 번째 구성 요소인 simulation engine는 assertions를 평가하고, 설계의 동작을 시뮬레이션하는 핵심 요소이다. 이 엔진은 다양한 시뮬레이션 기법을 사용하여 설계의 동작을 분석하고, assertions가 충족되는지를 확인한다. 일반적으로 동적 시뮬레이션(dynamic simulation) 방법이 사용되며, 이 방법은 시뮬레이션 동안 설계의 상태를 추적하고, assertions를 평가하는 데 필요한 데이터를 수집한다.

이러한 세 가지 구성 요소는 ABV의 효과적인 구현을 위해 서로 밀접하게 연결되어 있으며, 각 요소의 상호작용을 통해 설계의 기능적 검증을 수행할 수 있다. ABV는 설계의 복잡성을 관리하고, 오류를 조기에 발견할 수 있는 강력한 도구로 자리 잡고 있다.

2.1 Assertion Types

Assertions는 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있다: immediate assertions와 concurrent assertions. Immediate assertions는 특정 시점에서 즉시 평가되는 반면, concurrent assertions는 시간에 따라 발생하는 사건을 감시하며, 특정 조건이 만족되는지를 지속적으로 모니터링한다. 이러한 두 가지 유형은 설계의 다양한 요구 사항을 충족시키기 위해 적절히 사용될 수 있다.

3. Related Technologies and Comparison

Assertion Based Verification은 다양한 검증 기법과 비교할 때 몇 가지 독특한 특징과 장점을 가진다. ABV는 주로 Functional Verification와 Formal Verification과 비교된다. Functional Verification은 설계가 사양에 맞게 동작하는지를 확인하는 과정으로, 일반적으로 시뮬레이션을 통해 수행된다. 반면, Formal Verification은 수학적 방법을 사용하여 설계의 모든 가능한 상태를 분석하고, 오류를 발견하는 기법이다.

ABV는 Functional Verification에 비해 몇 가지 장점을 제공한다. 첫째, ABV는 특정 조건이나 속성을 명시적으로 정의하므로, 설계의 특정 동작을 특히 강조할 수 있다. 둘째, ABV는 동적 시뮬레이션과 결합되어 사용될 수 있어, 다양한 시나리오를 쉽게 테스트할 수 있다. 그러나 ABV는 Formal Verification에 비해 모든 가능한 상태를 분석하는 데 한계가 있을 수 있다. Formal Verification은 ABV보다 더 철저한 검증을 제공할 수 있지만, 계산 복잡성으로 인해 시간이 많이 소요될 수 있다.

실제 사례로는, 대규모 VLSI 설계에서 ABV가 사용되는 경우를 들 수 있다. 예를 들어, 고성능 프로세서 설계에서 ABV를 통해 특정 성능 요구 사항을 충족하는지를 검증할 수 있다. 이와 같은 방식으로 ABV는 설계의 특정 속성을 강조하고, 오류를 조기에 발견하는 데 기여할 수 있다.

4. References

• Accellera Systems Initiative
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
• Cadence Design Systems
• Synopsys, Inc.
• Mentor Graphics (now part of Siemens EDA)

5. One-line Summary

Assertion Based Verification은 디지털 회로 설계에서 특정 속성을 검증하기 위해 명시적인 주장을 사용하는 강력한 검증 기법이다.