故障シミュレータ

　故障シミュレータ（fault simulator）は，論理LSIテスタで使うテスト・パターンの有効性を確かめるためのEDAツールである。

論理シミュレータがベース

　故障シミュレータは論理シミュレータがベースになっている。すなわち，検証対象のテスト・パターンを入力する論理シミュレーションを入力する論理シミュレーションを，故障の存在する回路（以下，故障回路）と故障の存在しない回路（以下，正常回路）の両方を対象に実施する。この2つの回路の出力パターンが異なれば，入力したテスト・パターンが有効と判定できる。このとき「故障が検出された」という。出力パターンが同じならば，故障は検出されていないことになる。

　現在使われている故障シミュレータでは，「単一縮退故障」と呼ばれる故障を扱うのが一般的である。「単一」とは，全回路中で故障が一度に一つしか発生しないことを意味する。「縮退故障」とは，ある素子（論理ゲートやフリップフロップなど）の入力端子または出力端子が，論理値“1”あるいは論理値“0”になりっぱなしになる故障である。

　故障シミュレータの入力は，ゲート・レベル論理回路のネットリストと，テスト・パターン，故障リストである。故障リストとは，対象のテスト・パターンで検出したい故障のリストを指す。一方，故障シミュレータの出力は，故障検出率と未検出故障リストである。故障検出率（fault coverage）とは，故障リスト中のすべての故障のなかで，入力の全テスト・パターンで検出できる故障の割合をいう。検出できなかった故障のリストが，未検出故障リストである。

　故障シミュレータの主な用途は次の3つと言える。

(1)LSIの機能・論理設計者が論理シミュレーションに使ったシミュレーション・パターンを，LSIテスタ用のテスト・パターンとして流用できるかどうか確かめる。

(2)ATPGが作成したパターンで，対象の故障が検出できるかどうかの確認，および同時に他の故障を検出できるかどうかを調べる。すなわち，ATPGの一部として使われる。

(3)故障診断などのために故障辞書を作成する。故障診断とは，LSI中で故障が発生している場所を特定することをいう。また，故障辞書とは，あるテスト・パターンで検出できるすべての故障をリスト・アップしたものである。

コンカレント手法が主流

　上述したように，故障シミュレータは単一縮退故障を対象にするため，ある回路に1000個の故障を仮定すると，故障回路は1000種類存在することになる。すなわち，これら1000個の故障回路に対してシミュレーションを実施し，正常回路のシミュレーション結果と比べないと，全故障が検出可能かどうかわからない。つまり，「全故障数＋1回」の論理シミュレーションが必要になる。これが，もっとも基本的な故障シミュレーション方法である。

　しかし，これをそのまま実現したのでは，非常に処理時間がかかり，非現実的である。このため，さまざまな高速処理方法が考案され，それに基づいて実際の故障シミュレータは開発されている。

　高速化した故障シミュレーション手法としては，並列故障シミュレーション，ディダクティブ故障シミュレーション，コンカレント故障シミュレーションなどがある。このうち，最も成功した手法がコンカレント故障シミュレーションで現在の多くの故障シミュレータで採用されている。市販製品も多い。

　コンカレント故障シミュレーションは，同じテスト・パターンを正常回路と故障回路に入力すると，その動作がほとんど同じであることに着目した。すなわち，動作の異なったわずかな部分だけ，故障回路のシミュレーションを正常回路のシミュレーションと同時に行ない，その他の部分は正常回路のシミュレーションだけを実行する。こうして，高速化を図る。この方法では，動作レベル・モデル（たとえばUDP）が扱え，詳細に遅延時間を考慮できるという特徴もある。

　このほかに，専用のコンピュータ（ハードウエア・アクセラレータ）を用いて，故障シミュレーションを高速化処理する方法もある。しかしかなり高価である。最近は，複数のワークステーションを用いて分散処理をすることによって，処理性能を上げようとするツール・ベンダが増えてきた。

　またゲート・レベルだけではなく，RTL（register transfer level）とゲート・レベルが混在した回路を扱える故障シミュレータも登場した。故障はゲート・レベルで定義するが，故障信号の伝搬はRTLで行なうもので高速化の効果もある。

　ただし，故障シミュレーションは非常に時間のかかる処理という事実に変わりはない。用途に応じて運用上の工夫が必要である。たとえば，あるテスト・パターンの故障検出率を求めたいのならば，全故障を対象にする必要はない。いくつかの故障を抜き出し，それを対象に故障シミュレーションすれは十分である。

このEDA用語辞典は，日経エレクトロニクス，1996年10月14日号，no.673に掲載した「EDAツール辞典（NEC著）」を改訂・増補したものです。