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title: "unique case가 약속하는 것과 불법 입력에서 남는 것"
author: "브레이브브라우저쓰자"
published_at: "2026-10-06T09:47:04.451Z"
updated_at: "2026-10-05T13:47:19.004Z"
tags: ["unique case"]
canonical_url: "https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/unique-case%EA%B0%80-%EC%95%BD%EC%86%8D%ED%95%98%EB%8A%94-%EA%B2%83%EA%B3%BC-%EB%B6%88%EB%B2%95-%EC%9E%85%EB%A0%A5%EC%97%90%EC%84%9C-%EB%82%A8%EB%8A%94-%EA%B2%83"
ai_assisted: true
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# unique case가 약속하는 것과 불법 입력에서 남는 것

이 글은 AI가 활용됐습니다.

[원문](https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/unique-case%EA%B0%80-%EC%95%BD%EC%86%8D%ED%95%98%EB%8A%94-%EA%B2%83%EA%B3%BC-%EB%B6%88%EB%B2%95-%EC%9E%85%EB%A0%A5%EC%97%90%EC%84%9C-%EB%82%A8%EB%8A%94-%EA%B2%83)

디코더의 case 앞에 `unique`를 붙이면 조건이 더 안전해진 것처럼 보인다. 시뮬레이터가 실수를 알려 주고 합성기도 병렬로 처리할 수 있다니 유용한 선언이다. 하지만 **unique case는 잘못된 입력을 안전한 입력으로 바꾸는 장치가 아니라, 조건의 배타성과 경우의 범위에 대해 설계자가 약속하는 문법**이다. 약속이 현실과 어긋나면 경고를 하나 추가하면서 다른 위험을 만들 수도 있다.

여기서는 두 개의 동작과 비활성 상태를 선택하는 작은 디코더를 생각하자. mode=0은 비활성, 1은 읽기, 2는 쓰기이고 3은 불법 입력이라고 가정한다. 불법 입력에서 동작을 중단해야 하는지, 오류를 보고해야 하는지는 시스템 요구사항으로 따로 정해야 한다.

## default를 비워 둔 순간 추가되는 약속

```systemverilog
always_comb begin
  read_en  = 1'b0;
  write_en = 1'b0;
  unique case (mode)
    2'd0: ;
    2'd1: read_en  = 1'b1;
    2'd2: write_en = 1'b1;
  endcase
end
```

정상 값에서는 한 case만 일치한다. 그러나 mode=3이면 아무 항목도 일치하지 않는다. 앞에서 read_en과 write_en을 0으로 기본 대입했으므로 RTL 시뮬레이션의 출력은 0, 0이다. 동시에 default가 없는 unique case의 불일치 검사에서 경고가 발생할 수 있다.

여기서 위험한 해석은 “기본값을 넣었으니 실제 회로에서도 mode=3은 반드시 두 출력을 0으로 만든다”다. unique 선언은 열거한 경우가 모두를 포괄한다는 정보를 합성에 전달할 수 있다. 도구는 열거하지 않은 입력을 정상 운용에서 발생하지 않는 경우로 활용해 최적화할 수 있다. 이 경우 불법 입력에 대한 하드웨어 동작을 시뮬레이션의 기본값만으로 보장해서는 안 된다.

mode=3에서도 아무 동작이 일어나지 않아야 한다면 default를 통해 그 동작을 분명히 정의해야 한다. 그리고 불법 입력이라는 사실도 별도의 검사로 표현한다.

```systemverilog
always_comb begin
  read_en  = 1'b0;
  write_en = 1'b0;
  unique case (mode)
    2'd1: read_en  = 1'b1;
    2'd2: write_en = 1'b1;
    default: ;
  endcase
end

assert property (@(posedge clk) disable iff (!rst_n)
  mode inside {2'd0, 2'd1, 2'd2});
```

default가 있는 unique case는 항목이 없을 때 default로 처리하므로, 불법 mode가 자동으로 경고된다고 기대할 수 없다. 그래서 합법 입력 집합을 따로 검사했다. 출력의 정의와 입력의 합법성은 서로 다른 요구다. 위 assertion은 reset 이후 매 에지에서 mode가 의미 있다는 가정 아래의 예제다. mode가 특정 valid 사이클에만 의미 있다면 검사도 그 valid로 제한해야 한다.

## 하나도 맞지 않는 것과 둘이 맞는 것은 다르다

unique case의 또 다른 계약은 case 항목이 동시에 여러 개 일치하지 않는다는 것이다. 와일드카드를 사용하면 이 약속을 깨기 쉽다.

```systemverilog
unique casez (request)
  3'b1??: chosen = 2'd2;
  3'b?1?: chosen = 2'd1;
  3'b001: chosen = 2'd0;
  default: chosen = 2'd3;
endcase
```

request=3'b110이면 첫 번째와 두 번째 항목이 모두 일치한다. 시뮬레이션은 먼저 적힌 항목을 실행하면서 unique 위반을 경고할 수 있다. 반면 합성 도구에는 배타적인 항목이라는 약속을 줬으므로, 코드의 첫 항목 우선순위가 위반 입력에서도 보존된다고 기대하기 어렵다.

이 코드의 의도가 높은 번호의 요청 우선이라면 조건이 겹치는 것이 정상이다. 그때에는 우선순위를 표현하는 if-else 체인 같은 구조가 의도에 맞다. 동시에 켜진 요청을 불법으로 보는 디코더라면 입력의 one-hot 성질을 별도로 확인해야 한다. unique를 붙이는 것만으로 외부 요청이 배타적으로 변하는 것은 아니다.

[lowRISC의 case 지침](https://github.com/lowRISC/style-guides/blob/master/VerilogCodingStyle.md#case-statements)은 unique와 default, 각 출력의 기본 대입을 함께 다룬다. `full_case`나 `parallel_case` 같은 주석 기반 힌트가 왜 위험한지도 설명한다. 핵심은 최적화 정보와 실행 가능한 동작 정의를 어긋나지 않게 만드는 일이다.

## assertion은 검사지만 assume은 범위다

unique case를 검증하기 위해 형식 도구를 쓴다면 어떤 입력을 허용했는지 다시 봐야 한다. mode가 합법이라는 assertion을 세우면, 불법 mode가 도달할 수 있는지를 반례로 찾는다. 같은 조건을 assume으로 넣으면 도구는 처음부터 불법 mode를 탐색 대상에서 제외한다. 그 가정 아래의 디코더는 올바르게 증명될 수 있지만, 입력 생성기가 정말 그 가정을 지킨다는 증거는 별도로 필요하다.

[OpenTitan의 형식 검증 문서](https://opentitan.org/book/hw/formal/)는 속성 검증에서 가정과 검사를 사용하는 흐름을 제공한다. 디코더에 적용할 때 유용한 관점은 “좋은 입력만 넣으면 출력이 맞다”와 “시스템이 항상 좋은 입력만 만든다”를 나눠 확인하는 것이다. 두 명제가 모두 필요할 수 있다.

또 RTL 단계의 경고가 충분한 고장 검출 장치는 아니다. 합성 이후 상태 인코딩이나 논리가 바뀔 수 있고, fault로 생기는 불법 조합은 정상 실행의 도달 가능성 가정과 다르다. 불법 상태에서도 안전한 출력을 반드시 보장해야 하는 회로라면 그 요구를 명시하고 구현 단계에서 유지되는지 확인해야 한다. unique는 검증 속성의 일부를 표현할 뿐, 별도의 보호 회로를 자동으로 넣는 기능이 아니다.

## 선언 하나보다 명확한 세 문장

unique case를 리뷰할 때에는 세 가지를 나눠 말할 수 있어야 한다. 정상 입력의 집합은 무엇인지, 그 집합에서 항목은 하나만 일치하는지, 집합 밖의 입력에서는 어떤 출력을 내야 하는지다. 앞의 두 질문만 답하고 마지막을 생략하면 “정상적으로는 안 나온다”는 가정이 실제 실패 동작을 대신하게 된다.

처음의 디코더에서 unique가 유용한 이유는 분명하다. 배타적으로 선택되어야 하는 동작에 중첩이 생겼다는 사실을 발견하게 해 준다. 하지만 그 유용함은 약속이 정확하고 검사 결과를 실제로 처리할 때 생긴다. **unique case를 안전하게 쓰는 방법은 선언을 더 믿는 것이 아니라, 선언이 전달하는 약속과 불법 입력의 동작을 각각 명확하게 적는 것**이다.