Verification and Verification Method of Safety Class FPGA in Nuclear Power Plant

원자력발전소의 안전등급 FPGA 확인 및 검증 방법

Controllers used in nuclear power plants require high reliability. A controller including a Field Programmable Gate Array (FPGA) and a Complex Programmable Logic Device (referred to hereinafter as FPGA) has been applied to many Nuclear Power Plants (NPP) in the past, including the APR1400 (Advanced Power Reactor 1400), a Korean digital nuclear power plant. Initially, the FPGA was considered as a general IC (Integrated Circuit) and verified only by device verification and performance testing. In the 1990s, research on FPGA verification began, and until the FPGA became a chip, it was regarded as software and the software Verification and Validation (V&V) using IEEE 1012-2004 was implemented. Currently, IEC 62566, which is a European standard, has been applied for a lot of verification. This method has been evaluated as the most sensible method to date. This is because the method of verifying the characteristics of SoC (System on Chip), which has been a problem in the existing verification method, is sufficiently applied. However, IEC 62566 is a European standard that has not yet been adopted in the United States and maintains the application of IEEE 1012 for FPGA. IEEE 1012-2004 or IEC 62566 is a technical standard. In practice, various methods are applied to meet technical standards. In this paper, we describe the procedure and important points of verification method of Nuclear Safety Class FPGA applying SoC verification method.

원자력 발전소에 사용되는 제어기는 높은 신뢰도를 요구한다. 한국형 디지털 원자력 발전소인 APR1400 (Advanced Power Reactor 1400)을 비롯하여, 과거 많은 원자력 발전소에 FPGA (Field Programmable Gate Array)와 CPLD (Complex Programmable Logic Device, 이하 FPGA로 통칭)가 포함된 제어기가 적용되고 있다. 적용 초기에는 FPGA를 일반적인 IC (Integrated Circuit)처럼 기기검증 및 성능시험으로만 검증을 하였다. 이후 90년대에 들어 FPGA검증에 대한 연구가 시작되면서, FPGA가 칩이 되기 전까지를 소프트웨어로 간주하여 IEEE 1012-2004를 적용하여 소프트웨어 확인 및 검증을 하였다. 현재에는 유럽표준인 IEC 62566을 적용하여 많은 검증을 하고 있다. 이 방법은 현재까지 가장 현명한 방법으로 평가 받고 있다. 이유는 기존의 검증 방법에서 문제가 되었던 SoC (System on Chip)의 특징을 검증하는 방법을 충분히 적용하였기 때문이다. 하지만, IEC 62566은 유럽 표준으로 아직 미국에서는 채택을 하지 않고 있으며, FPGA에 대해서는 IEEE 1012를 적용하는 것을 유지하고 있다. IEEE 1012-2004나 IEC 62566은 기술 표준으로 실무에서는 다양한 방법을 적용하여 기술 표준을 충족시켜서 적용하고 있다. 이 논문에서는 SoC의 검증 방법이 적용된 원자력 안전등급 FPGA에 대한 검증 방법의 절차 및 중요사항에 대해 설명하고자 한다.