02 Nov $random vs $urandom

SystemVerilog에서 random number generation을 위해 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 이번 post에서는 그 중 $random, $urandom, $urandom_range라는 system function에 대하여 간략히 설명하고 비교하고자 한다. 결론부터 이야기하자면 $random은 사용하지 않는 것이 좋다.

module top;
  
  int a;
  int unsigned b;
  bit [7:0] c;
  
  initial begin
    // not recommended
    a = $random();
    
    // recommended
    b = $urandom();
    c = $urandom_range(255, 0);
  end
  
endmodule: top

$random (not recommended)

• 32-bit signed integer 값 반환
• SystemVerilog LRM에서 $random에 대한 RNG 기술
• 모든 thread의 $random은 동일한 RNG 사용

$urandom, $urandom_range (recommended)

• 32-bit unsigned integer 값 또는 주어진 range 내의 값 반환
• $urandom에 대한 RNG 구현 방식은 EDA vendor 별 상이
• 각 thread 별 독립적인 RNG 사용

$random이 사용하는 RNG는 SystemVerilog LRM에 기술되어 있어 어떠한 simulator를 사용하든 (seed가 같다면) 항상 동일한 sequence의 random number를 생성한다. 얼핏 보면 이러한 특성으로 이해 $random이 좋다고 생각할 수 있지만, 실제로는 그렇지 않다. 모든 thread의 $random이 동일한 RNG를 사용하므로 $random call 순서가 조금이라도 변경되면 simulation 결과에 영향을 주기 때문이다.

반면 $urandom과 $urandom_range의 경우 thread 별로 독립적인 RNG를 갖기 때문에 random stability 측면에서 굉장히 유리한 장점을 갖는다. 따라서 $random 대신 $urandom, $urandom_range를 사용하는 것이 좋다. Random stability에 대해 자세히 설명하고 있는 Random Stability 페이지를 참고하면 이해에 도움이 될 것이다.

References

• https://www.systemverilog.io/randomization
• https://stackoverflow.com/questions/36698091/urandom-range-urandom-random-in-verilog/36711593#36711593