数据中心的工作负载和计算应用程序不断从传统数据中心迁移到超大数据中心。根据Cisco 全球云指数计算，到 2021 年，94% 云数据中心将处理工作负载和计算实例(图 1）。虽然许多应用程序由大型公共云运营商托管，但许多关键任务的工作负荷和计算实例由私人大型数据中心托管。预计从 2016 年到 2021 年，私有超大规模数据中心将使用 11% 复合年增长率增长。虽然大型云提供商开发了定制的框架级系统，但私有云提供商通常使用集成基础设施 (CI) 或超融合基础设施 (HCI) 系统提高效率，降低管理成本。CI 系统和 HCI 通过自动化系统配置和控制、虚拟化计算、存储和网络操作，系统使私有云提供商能够大规模快速部署Spansion代理新系统。向 CI 和 HCI 系统的过渡正在影响半导体片上的系统 (SoC) 供应商鼓励他们低延迟存储服务器处理器和固态硬盘 (SSD) 优化网络交换机设计。对 CI 和 HCI 系统的需求促进了一种新型 SoC 这些架构需要最新的架构 IP 实施工业功能 PCI Express (PCIe)、DDR5.缓存一致性，NVMExpress (NVMe) SSD 以太网网络的存储和最高带宽。

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图 1:传统与云数据中心之间的分配 Cisco 工作负荷和计算实例1

CI 该系统将计算、存储、网络和管理与相同的解决方案相结合，而不是作为不同的数据中心功能。功能全面的 CI 和 HCI 系统实现了整体管理的自动化 IT 人员可以专注于管理应用程序，而不是基础设施。机架级系统的预集成降低了整体复杂性，以及集成和运行成本。CI 和 HCI 它可以实现更快的系统部署，更容易的互操作和稳定的管理，减少培训和技术支持的成本。用于施工以满足效率和性能要求 CI 和 HCI 系统的 SoC 元件(如设计 IP）优化处理、内存性能和连接功能。

利用 NVMe SSD 和基于 PCIe 提高加速器的性能

基于服务器 SSD 可以利用在 PCIe IP 运行在接口上 NVMe 协议直接连接到服务器 CPU，还可作为缓存加速器，极快地缓存频繁访问的数据或热数据。高性能的 NVMe SSD 利用极高效的输入/输出操作和低读取延迟特性 PCIe 不仅提高了服务器的效率，而且避免了通过外部存储设备访问数据的必要性。在 PCIe 为了实现服务器务器 NVMe SSD 私有云的高处理量应用程序非常适合数据库查询。

除使用基础外 PCIe 的 NVMe SSD 加速数据库，CI 和 HCI 系统还使用 PCIe 交换机架构加速人工智能 (AI) 主机处理器的应用。AI 处理器加速后，服务器需要满足深度学习性能的需要。由于图 2 所示基于 PCIe 主机处理器连接到交换机架构带来的低延迟特性 GPU 基于硬件的加速器可以优化深度学习算法。基于缓存一致性的应用程序 PCI Express 协议栈构建的加速器缓存一致性互联 (CCIX) 协议可以高速连接主机处理器和硬件加速器。当前运行速率为 25 Gbps 并迅速提高为 32 Gbps 的 CCIX 在更新内存时，需要更新系统中的所有组件，以确保系统实现单个内存空间，从而减少复制需求。CCIX 支持开关拓扑、直接连接和网格连接。

图 2：基于 PCIe 多主机交换机架构 AI 服务器

利用高存储性能优化应用

集成计算、存储和网络系统需要最高性能 DRAM 虚拟应用程序可以在主机处理器上运行。整个行业都在从 DDR4 DRAM 过渡到新一代 DDR5 和 HBM2 DRAM。DDR5 解决方案可以达到高达 4800 Mbps 数据运行速率高达每个 80 多个双列直插存储模块的位宽通道 (DIMM) 连接加快了深度学习等功能的工作负荷。另外，DDR5 还具有可靠性、可用性和可维护性 (RAS) 该功能包括内联或边带纠错码 (ECC)、奇偶校验和数据循环冗余校验 (CRC)，旨在缩短系统停机时间。与 DDR5/4 DRAM 相比，HBM2 它是一种带宽高、每比特数据访问功耗最低的高效解决方案。SoC 架构师将选择高带宽应用 HBM2 对于大容量应用容量应用 DDR5、或需要高带宽 HBM2 和大容量 DDR DRAM 的 AI 这两种存储类型结合加速等应用。

简化数据中心网络

传统的企业数据中心采用基于树的网络拓扑结构，包括交换式以太网和 VLAN 标记。这种拓扑结构只定义了连接网络的路径，通常用于处理服务器之间的南北数据流量。私有云数据中心使用 CI 和 HCI 该系统采用25个扁平的双层叶脊结构G、50G、100G 或 200G 以太网链路使虚拟化服务器能够在许多虚拟机之间分配工作流。最新 400G 八通道小型可插拔 (OSFP) 多模收发器(采用 8 条通道 56G PAM-4 PHY IP）通过提供多个 56G 叶脊链路帮助数据中心实现高达 400G 以太网网络拓扑。行业正在规划 400G 采用以太网系统 112G PAM-4 以太网链路过渡，期待过渡 800G 以太网应用。

CI 和 HCI 该系统可以使用软件定义网络 (SDN) 易于管理网络，将控制流与数据路径分离，从而进一步简化数据中心网络。OpenFlow 通用软件栈为控制整个行业提供了一致的软件环境 CI 和 HCI 系统。SoC 设计师没有专利软件堆栈，而是在整个私有云数据中心运行 OpenFlow 管理数据使用户无需实际访问网络的硬件设备，即可轻松配置网络。

总结

CI 和 HCI 该系统将超大数据中心的三个核心方面(计算、存储和网络)集成到同一个解决方案中。它们取代了各种经常断开连接的系统和管理工具。随着企业数据中心向私有云的不断过渡，服务器和数据中心开始使用虚拟化进行集成，以支持在较少的物理服务器上运行越来越多的工作负载。利用最新的行业 IP 系统集成架构和接口协议，优化低延迟数据库查询和深度学习的应用。CI 和 HCI 集成系统硬件时，采用新的优化处理器和先进的存储技术 IP、IP 接口、NVMe SSD 加速器与缓存一致性。

为 CI 和 HCI 系统集成处理器 IP、高级存储器 IP、连接 IP、NVMe 存储和缓存一致性加速器时，SoC 设计师需要考虑成本、功耗、性能和开发进度。 3 展示高级 AI 服务器 SoC，它包括主机处理器、安全算法、系统内存、连接和加速器。

图 3：AI 加速/服务器 SoC

Synopsys 通过硅验证提供品种齐全、质量高的产品 IP 帮助设计师开发云计算应用程序(支持产品组合) CI 和 HCI 系统）的 SoC。Synopsys DesignWare 接口 IP、处理器 IP 和基础 IP 优化高性能、低延迟、低功耗，支持 16 nm 至 7 nm FinFET 先进的处理技术。