我们可能不需要建立一个数据中心，但很可能会参与设计用于数据中心的芯片；或者在关注数据中心的 IP；或者担心先进节点设计工具的某些方面，其中大部分会发生在数据中心。因此，很有必要简单了解现代数据中心的组成。

几十年来，设计芯片的最大变化之一是从低速并行接口转到高速串行接口。对于长距离的广域网 (WAN)，我们一直使用串行接口，因为在全国或全世界范围内铺设大量电线是十分昂贵的。这些接口通常通过电信公司提供的 56kbps 或 64kbps 的线路运行；或者如果预算充足，可以使用 1.5Mb/s 的 T1 线路。如今，长途信令几乎都是用光纤完成的，数据速率越来越高。有时是点对点传输，数据中心所有者拥有自己的光纤；或者可能只是通过一个互联网网络服务提供商的节点，访问公共网络，或者搭上互联网主干网络，从 A 传输到 B。

在 20 世纪 70 年代末，局域网 (LAN) 开始普及，使用以太网或各种环形技术（阿波罗飞船和剑桥大学都使用过令牌环 (Token Ring)）。但电路板上的芯片使用了大量的引脚，有时为了降低成本而进行多路复用。这些信号速度相对较慢。事实上，它们实在太慢了，以至于当速度变快时，我们竟然需要担心封装引脚的电感。但是，即使发明了具有更多引脚的球栅阵列 (BGA)，引脚仍然不够用，特别是当总线从 16 位发展到 32 位，再到 64 位，甚至更宽时。解决办法是在单个（或几个）引脚上运行每个数据流，这就是被称为 SerDes（串行器-解串器）的超快速串行接口。信号在芯片上是并行的，但串行器将作为一个串行比特流传输，在信号的另一端，解串器将进行复杂的均衡，以恢复时钟和数据，然后将其并行化。

从通信的角度来看，数据中心信号中最重要的两项技术是 PCI Express (PCIe) 和以太网。还有 CXL (Compute eXpress Link)，以及 CCIX（发音同 "see six"），即用于 Xccelerators（加速器）的 Cache Coherent Interconnect，但由于这些都是基于 PCIe 作为底层物理传输技术，并不需要特别关注。

PCIe 和以太网都是串行通信技术。这两种网络技术在长达数年的发展过程中都推出了各种版本。

我们现在处于 PCIe 5.0 时代，PCIe 6.0 预计将在今年年底前正式标准化，目前的 5.0 版本和即将到来的 6.0 版本之间的最大变化是将 NZR 信号（每个时钟周期一个比特）切换到 PAM4（每个时钟周期两个比特），这与 112G SerDes 中使用的技术相同。

以太网起源于 20 世纪 70 年代中期施乐公司帕洛阿尔托研究中心 (PARC)，最初的速率是 3Mb/s。第一个商业以太网标准达到 10Mb/s。我认为人们如今实际使用的最慢的以太网是 10G（所以是 10Gb/s），但最快的是 400G，而 800G 未来可期。

这两种技术都使用多个串行信号，从芯片传输到网络。PCIe 可以在一个 PCIe 插槽中使用 1、4、8 或 16 条通道。使用高速光纤的超过 100G 的高性能以太网需要多个串行信号。即将推出的PCIe 6.0和当前及未来版本的 100+G 以太网都需要 112G SerDes 接口来连接硅片。224G 接口已有传闻并正在开发中，但还没有上市。

在数据中心内，信号越来越多地使用光学技术在服务器、路由器、附加存储和其他“盒子”之间传输。在每个盒子里，信号在传统的印刷电路板走线、连接器和电缆上传输。

散热

数据中心的另一个重大挑战是散热。在一个数据中心的生命周期内，运营开支加起来就超过了购买数据中心所需的资本开支。运营开支有两个大头：所有设备的电力开支，以及所有为了让热量再次排出的空调的电力开支。这需要对数据中心内部的气流进行专门设计，但也需要尽可能降低芯片的功耗，以便它们不会产生多余的热量，而且能通过风扇、散热器、散热管——甚至有时要通过水冷进行充分冷却。

为此，Cadence 提供了专门用于电气系统热分析的工具——Celsius^™ Thermal Solver。Celsius Thermal Solver是 Cadence推出的业内首款用于完整电热协同仿真系统分析的热求解器，经过生产验证，大规模并行架构可在不牺牲精度的前提下，提供比传统解决方案加快10倍的性能。基于此架构，Celsius Thermal Solver能够与Cadence IC、封装和PCB设计实现平台无缝集成，不仅使新的系统分析和设计预测成为可能，而且还帮助电子设计团队在设计早期发现并解决热设计问题，缩短电子系统的开发迭代周期。

（文章来源公众号： Cadence楷登PCB及封装资源中心）