480Mbpsでデータを転送するUSB2.0のプリント基板設計　――In-System Design社が示す設計ガイドライン

Column2　　USB 2.0対応LSIの開発：ISD-300とISD-300A

　ISD-300とISD-300AはUSB2.0準拠のストレージ向けチップです．これらの製品は筆者ら（In-System Design社）が開発し，NECによって製造されました．ISD-300は世界で初めてUSB2.0規格に準拠し，USB-IFの認定を受けた周辺機器向けチップです．USB-IFから「best eye pattern」賞も受けています．

　ISD-300とISD-300Aの論理回路は，すべてVHDLで記述しました．アナログ回路と動作周波数480MHzのディジタル回路はNECが提供しましたが，それ以外は第三者からマクロ・セルやIPを購入するのではなく，すべて筆者らが独自に開発しました．ATA/ATAPIのブロックは，ISD-200というUSB1.1対応のストレージ向けLSIをベースにしましたが，USBの論理をはじめ，多くの部分は40倍のデータ転送速度に対応するために一から設計しました．

　論理回路のシミュレーションには米国Mentor Graphics社の「ModelSim」を使用しました．また，筆者らはチップの置かれる環境（周辺モデル）を作成してシミュレーションにかけました．この検証環境にはホスト側のUSBやATA/ATAPIディスクなどのモデルも含みます．この検証環境を使って，かなりの量のテスト・ケースを作成し，動作を確認しました．すべてのテストを実行させるには，LinuxやSolarisを使用しているハイエンドのワークステーションを使って，合計40～45時間ほどかかります．

　シミュレーションに加えて，FPGAによるプロトタイプも作りました．ISD-300の論理を米国Xilinx社のFPGAに落とし，米国Lucent Technologies社（現在Agere Systems社）製のUSB2.0テスト・チップに接続しました．このプロトタイプを利用し，USB-IFが提供する「USBCheck」やベルギーのPIMC（Professional Interactive Media Centre）社が販売している「Ch8ck」などのソフトウェアを使って，USB規格の対応を確認しました．そのプロトタイプは，筆者らの実験室で動作が確認され，ほかのUSB装置との相性の評価や何十台ものATA/ATAPIストレージ機器との相性の確認にも利用されました．また，客先の製品評価にも広く使われました．

　検証が終わると，論理合成を行いました．米国Synopsys社の「Design Complier」を使ってNECのスタンダード・セル・ライブラリに合わせて合成し，ネットリストをNECに渡しました．

　ISD-300の開発では，開始から最初のサンプル・チップを手に入れるまでに約8ヵ月かかりました．配置配線の簡単なミスを直すためにメタル階層を修正しただけで，それ以外は一発で正常に動きました．また，USB-IFの認定評価テストも通りました．