我們可能不需要建立一個數據中心，但很可能會參與設計用于數據中心的芯片；或者在關注數據中心的 IP；或者擔心先進節點設計工具的某些方面，其中大部分會發生在數據中心。因此，很有必要簡單了解現代數據中心的組成。

幾十年來，設計芯片的最大變化之一是從低速并行接口轉到高速串行接口。對于長距離的廣域網 (WAN)，我們一直使用串行接口，因為在全國或全世界范圍內鋪設大量電線是十分昂貴的。這些接口通常通過電信公司提供的 56kbps 或 64kbps 的線路運行；或者如果預算充足，可以使用 1.5Mb/s 的 T1 線路。如今，長途信令幾乎都是用光纖完成的，數據速率越來越高。有時是點對點傳輸，數據中心所有者擁有自己的光纖；或者可能只是通過一個互聯網網絡服務提供商的節點，訪問公共網絡，或者搭上互聯網主干網絡，從 A 傳輸到 B。

在 20 世紀 70 年代末，局域網 (LAN) 開始普及，使用以太網或各種環形技術（阿波羅飛船和劍橋大學都使用過令牌環 (Token Ring)）。但電路板上的芯片使用了大量的引腳，有時為了降低成本而進行多路復用。這些信號速度相對較慢。事實上，它們實在太慢了，以至于當速度變快時，我們竟然需要擔心封裝引腳的電感。但是，即使發明了具有更多引腳的球柵陣列 (BGA)，引腳仍然不夠用，特別是當總線從 16 位發展到 32 位，再到 64 位，甚至更寬時。解決辦法是在單個（或幾個）引腳上運行每個數據流，這就是被稱為 SerDes（串行器-解串器）的超快速串行接口。信號在芯片上是并行的，但串行器將作為一個串行比特流傳輸，在信號的另一端，解串器將進行復雜的均衡，以恢復時鐘和數據，然后將其并行化。

從通信的角度來看，數據中心信號中最重要的兩項技術是 PCI Express (PCIe) 和以太網。還有 CXL (Compute eXpress Link)，以及 CCIX（發音同 "see six"），即用于 Xccelerators（加速器）的 Cache Coherent Interconnect，但由于這些都是基于 PCIe 作為底層物理傳輸技術，并不需要特別關注。

PCIe 和以太網都是串行通信技術。這兩種網絡技術在長達數年的發展過程中都推出了各種版本。

我們現在處于 PCIe 5.0 時代，PCIe 6.0 預計將在今年年底前正式標準化，詳情請參見文章《行業洞察 I PCIe 發展史：PCIe 6.0 時代即將來臨》。目前的 5.0 版本和即將到來的 6.0 版本之間的最大變化是將 NZR 信號（每個時鐘周期一個比特）切換到 PAM4（每個時鐘周期兩個比特），這與 112G SerDes 中使用的技術相同。

以太網起源于 20 世紀 70 年代中期施樂公司帕洛阿爾托研究中心 (PARC)，最初的速率是 3Mb/s。第一個商業以太網標準達到 10Mb/s。我認為人們如今實際使用的最慢的以太網是 10G（所以是 10Gb/s），但最快的是 400G，而 800G 未來可期。關于以太網的歷史，請閱讀文章《行業洞察 I 一文了解車載以太網及其設計》。

這兩種技術都使用多個串行信號，從芯片傳輸到網絡。PCIe 可以在一個 PCIe 插槽中使用 1、4、8 或 16 條通道。使用高速光纖的超過 100G 的高性能以太網需要多個串行信號。即將推出的PCIe 6.0和當前及未來版本的 100+G 以太網都需要 112G SerDes 接口來連接硅片。224G 接口已有傳聞并正在開發中，但還沒有上市。

在數據中心內，信號越來越多地使用光學技術在服務器、路由器、附加存儲和其他“盒子”之間傳輸。在每個盒子里，信號在傳統的印刷電路板走線、連接器和電纜上傳輸。

散熱

數據中心的另一個重大挑戰是散熱。在一個數據中心的生命周期內，運營開支加起來就超過了購買數據中心所需的資本開支。運營開支有兩個大頭：所有設備的電力開支，以及所有為了讓熱量再次排出的空調的電力開支。這需要對數據中心內部的氣流進行專門設計，但也需要盡可能降低芯片的功耗，以便它們不會產生多余的熱量，而且能通過風扇、散熱器、散熱管——甚至有時要通過水冷進行充分冷卻。

為此，Cadence 提供了專門用于電氣系統熱分析的工具——Celsius Thermal Solver。Celsius Thermal Solver是 Cadence推出的業內首款用于完整電熱協同仿真系統分析的熱求解器，經過生產驗證，大規模并行架構可在不犧牲精度的前提下，提供比傳統解決方案加快10倍的性能。基于此架構，Celsius Thermal Solver能夠與Cadence IC、封裝和PCB設計實現平臺無縫集成，不僅使新的系統分析和設計預測成為可能，而且還幫助電子設計團隊在設計早期發現并解決熱設計問題，縮短電子系統的開發迭代周期。