반도체 설계 검증이 중요한 이유
반도체 산업은 나노미터 단위의 정밀성과 복잡한 회로 구조때문에, 설계 단계에서의 작은 오류가 완제품의 치명적인 문제로 이어질 수 있습니다. 반도체 개발 주기가 점점 짧아지고 있고, 칩 한 개를 다시 제조하려면 수십억원 단위의 자금이 들어가기 때문에, 일찍부터 효율적인 설계 검증을 통해서 좋은 설계 품질을 확보하려는 노력들이 있었습니다. 이제 설계 검증(Verification)은 반도체 개발 프로세스의 필수 코스로 자리잡고 있습니다.
최근 인공지능, 자율주행, 5G 등 고성능 응용처가 늘어나고 공정이 미세화되면서 반도체 설계는 점점 더 거대하고 복잡해지고 있습니다. 그만큼 설계 검증 단계에서 효율성을 확보하는 것이 성공적인 프로젝트에 핵심 포인트로 자리 잡고 있습니다.
시뮬레이션 기반의 검증 고도화
설계 검증 방법 중 가장 널리 쓰이는 검증 방법은 시뮬레이션 기반 검증(Simulation-Based Verification)입니다. RTL(Register Transfer Level) 수준에서 동작을 가상 환경에서 미리 실행해보며, 설계의 논리적 오류를 찾는 방식입니다.
효율성을 높이기 위해 최근에는 여러 기법들이 도입되고 있습니다.
- UVM(Universal Verification Methodology): 재사용 가능한 검증 환경 구축으로 검증 효율을 극대화
- 가속 시뮬레이션(Acceleration): 하드웨어 가속기를 활용해 대규모 테스트를 빠르게 수행
- 병렬 시뮬레이션(Parallel Simulation): 멀티코어 환경에서 시뮬레이션 시간을 단축
이러한 기법을 조합하면 기존 대비 수십 배 이상의 검증 속도 향상이 가능하며, 설계 변경이 자주 있는 프로젝트에서도 유연한 검증이 가능합니다.
형식 검증(Formal Verification)의 활용
형식 검증은 수학적 모델을 이용해 회로의 정확성을 증명하는 방식입니다.
시뮬레이션이 테스트 벡터에 의존함으로써 빈틈이 생길 수 있는 반면, 형식 검증은 가능한 모든 상태를 수학적/논리적으로 검증하기 때문에 생각지도 못했던 코너 케이스(Corner Case)를 찾아내는 데 탁월한 능력을 발휘합니다.
특히 다음과 같은 경우에 효과적입니다.
- 제어 로직(Control Logic)의 상태 전이 검증
- 안전 관련 기능(Safety-Critical Function) 검증
- 저전력 모드 전환, 리셋 시퀀스 검증 등
EDA툴의 발전으로 형식 검증은 과거보다 접근성이 매우 높아졌으며 시뮬레이션과 병행하여 검증 플랜을 짠다면 검증 품질을 획기적으로 강화할 수 있습니다.
커버리지(Coverage) 기반 측정
검증에서 중요한 것은 단순하게 “테스트를 많이 했다”가 아니라 “얼마나 충분히 검증했는가”입니다.
이를 평가할 수 있는 지표가 바로 커버리지(Coverage)입니다.
- 코드 커버리지(Code Coverage): RTL의 각 코드가 테스트에서 실행된 비율
- 기능 커버리지(Functional Coverage): 사양 기술서에 정의된 기능이 테스트되었는지 여부
- 시나리오 커버리지(Scenario Coverage): 실제 동작 환경을 얼마나 반영했는가
커버리지 리포트를 분석하면 검증의 사각지대를 찾아낼 수 있고, 그에 맞는 테스트 케이스를 보완함으로써 전체적인 검증 품질을 향상시킬 수 있습니다.
검증 자동화와 AI의 도입
최근에는 AI 기반 검증 자동화 기술이 빠르게 확산되고 있습니다. 머신러닝 모델이 이전 검증 데이터를 학습하여, 테스트 생성, 버그 예측, 커버리지 향상을 자동으로 수행하는 방식입니다.
사례로는 다음과 같은 것들이 있을 수 있습니다.
- AI가 최적의 테스트 시나리오를 자동 생성
- 반복되는 회귀 테스트(Regression Test) 자동화
- 시뮬레이션 로그 분석을 통한 오류 원인 추적
이러한 자동화는 검증 개발자의 부담을 줄이고, 프로젝트 일정 단축과 비용 절감에 큰 효과를 줍니다.
효율적인 검증 환경 구축을 위한 실무 팁
효율적인 검증 프로세스를 구축하기 위해 아래와 같은 사항들을 고려해야 합니다.
- 초기부터 검증 계획 수립: 설계와 검증이 병행되어야 일정 리스크를 줄일 수 있습니다.
- 표준화된 검증 환경: 팀/프로젝트 간 재사용 가능한 UVM 기반 환경 구축
- 지속적 통합(CI) 환경 도입: 검증 자동화 및 버전 관리로 오류를 신속히 검출
- 커버리지 기반 목표 설정: 명확한 완료 기준을 설정해 불필요한 반복 검증 방지