Formal connectivity verification of clock and reset signals in ultra-low-power SoC designs

Abstract. This thesis investigates the usage of formal connectivity verification on clock and reset signal connectivity in ultra-low-power SoC designs. The origin of power consumption in CMOS circuits is explained, and the conflict between dynamic and static power on system parameter level is introduced. Common power reduction techniques are introduced and explained in some detail. Overview of functional verification and its role in the design flow is presented. The main classification of functional verification into logic simulation and formal verification is discussed, and details of both are explained and compared. Challenges rising from low power design methodologies are introduced. Detailed view of connectivity and integration in SoC designs is provided, and a specified method of verifying connectivity is introduced in the form of formal connectivity verification. The practical part of the thesis starts with an explanation of the verification goal and requirements for achieving it. Structure of the design environment used in the verification task is explained, and the different stages that the verification was conducted on. Creation of used connectivity properties and the used process flow for the chosen software tool is presented. The process of confirming falsified properties as design bugs is introduced. The results of the verification task are presented, providing the total target amount for each verification stage, as well as the found bugs. The found bugs and their circumstances are explained. Comparison is made between the conventional method of verifying connectivity and the investigated formal method. Results show a great decrease in overall work effort, resourcing and time spent on the connectivity verification.Formaali liitettävyysverifiointi kello- ja reset-signaaleille ultra-matalan tehonkulutuksen järjestelmäpiireissä. Tiivistelmä. Tämä diplomityö tutkii formaalin liitettävyysverifionnin käyttöä kello- ja reset-signaalien yhteyksille ultra-matalan tehonkulutuksen järjestelmäpiireissä. Tehonkulutuksen lähteet CMOS piireissä selitetään, ja esitetään konflikti dynaamisen ja staattisen tehonkulutuksen välillä systeemin parametritasolla. Tavanomaisia tehonkulutusta vähentäviä tekniikoita esitellään ja selitetään jossain määrin. Funktionaalisen verifioinnin yleiskatsaus ja asema suunnitteluvuossa esitellään. Funktionaalisen verifioinnin pääjaottelua logiikkasimulaatioon ja formaaliin verifiointiin käsitellään, ja molempien yksityiskohtia selitetään ja vertaillaan. Matalan tehonkulutuksen metodologioiden aiheuttamat ongelmat esitetään. Yksityiskohtainen kuvaus liitettävyydestä ja integroinnista järjestelmäpiireissä selitetään, ja eritelty metodi liitettävyyden verifioimiselle esitellään formaalin liitettävyysverifionnin muodossa. Käytännön osuus diplomityöstä alkaa verifoinnin tavoitteen ja vaatimusten esittelemisellä. Käytetyn mallin rakenne ja verifiointitehtävä selitetään, sekä eri tasot joilla verifiointi suoritettiin. Liitettävyys-ominaisuuksien luominen, sekä käytetty prosessivuo valitulle työkalulle esitetään. Vääriksi todistettujen ominaisuuksien varmistaminen suunnitteluvirheiksi esitellään. Tulokset verifointitehtävästä esitellään, käsitellen verifioinnin kohteiden kokonaista lukumäärää molemmilla verifiointitasoilla, sekä niistä löydettyjen virheiden määrää. Löydetyt suunnitteluvirheet ja niiden seikkaperät selitetään. Vertailua tehdään perinteisen liitettävyyden verifionnin metodin ja tutkitun formaalin metodin välillä. Tulokset osoittavat suuren säästön kokonaisessa työmäärässä, resurssoinnissa sekä liitettävyyden verifiointiin kulutetussa ajassa