Die ständig wachsenden Anforderungen an hohe Bandbreiten in Datenübertragungen haben die Forschungsanstrengungen auf dem Gebiet hochleistungsfähiger Kommunika- tionssysteme verstärkt. Schon immer wurde intensiv über die Steigerung der Leistungsfähigkeit einzelner integrierter Schaltkreise geforscht, z.B. durch schnellere Multi-core-Prozessoren oder durch höhere Speicherkapazitäten. Um die Systemleistung weiter zu verbessern, wurden Untersuchungen im Bereich der Optimierung der Datenübertragungsbandbreite in der Chip-zu-Chip Kommunikation mittels serieller Hochgeschwindigkeitsverbindung konzentriert. Viele Lösungen wurden vorgeschlagen, um durch Nichtidealitäten verursachte Engpässe in der Kommunikation zwischen zwei Bauteilen zu verhindern. Solche Nichtidealitäten sind z.B. die begrenzte Bandbreite des elektrischen Kanals oder verschiedenen Arten von unerwünschtem elektrischen Rauschen. Allerdings stellen diese Lösungen häufig hohe Anforderungen an die Umgebungsbedingungen wie Platinenqualität und erfordern hohen Energieaufwand. Auf preisgünstigen Platinen oder bei reduziertem Energieverbrauch führen diese Lösungen jedoch zu Einschränkungen der möglichen Übertragungsraten bei Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen. Daher besteht die Herausforderung bei der Gestaltung eines PHY-Links für Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme darin, energieeffizient, zuverlässig und kostengünstig zu sein. In diesem Zusammenhang konzentriert sich diese Dissertation auf den Architekturentwurf, auf die Verifikation eines PHY-Links auf System- und Schaltungsebene, sowie auf die Optimierung der Systemleistung in Bezug auf Engerieverbrauch, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit in Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen. Der PHY besteht vor allem aus einer Einheit zur Taktwiederherstellung aus den Daten (CDR), aus Equalizern (EQ) und aus Hochgeschwindigkeits I/O Treibern. Die sym- metrische Struktur des PHY-Links wird gewöhnlich in beiden Verbindungseinheiten zur bidirektionalen Datenübertragung dupliziert. Durch Einsatz von Trainingsmechanismen kann das Timing einer Kommunikationseinheit trotz verschiedener vorhandener Abwei- chungen des Timings oder durch Herstellungsprozess-, Spannungs- und Temperatur- Schwankungen (PVT) erzeugten Jitter adaptiv an die Timing-Bedingungen der anderen Kommunikationseinheit angepasst werden. Mit zuverlässigen Timingverhältnissen zwischen den Signalen der Schnittstellen wird die Gesamtsystembandbreite drastisch verbe- ssert. Auf der anderen Seite bietet das Schnittstellen-Training eine hohe Flexibilität für die Wiederverwendung ohne weitere, kostenintensive Untersuchungen von ansonsten notwendigen hochgenauen Komponenten. Im Trainingsmodus ist ein CDR Modul notwendig um das beste Datenauge für die Rekonstruktion des übertragenen Bitstroms zu erreichen und um die Signalflanken des Datenstroms in asynchronen oder quellensynchronen Systemen zu ermitteln. Im Allgemeinen arbeitet der CDR als geschlossener Regelkreis, welcher sein ausgegebenes Taktsignal mittig zu den empfangenen Daten ausrichtet. In Systemen, die mehrere Datenverbindungen enthalten, steigt der Gesamtenergieverbrauch der CDR Einheiten linear mit der Anzahl von Verbindungen, da je ein eigenes CDR für jede einzelne Verbindung erforderlich ist. Deshalb spielt die Energieeffizienz der CDRs eine bedeutende Rolle in derartigen Systemen mit parallelen Verbindungen. Weiterhin darf ein Hochleistungs-CDR trotz hohen Eingangsjitters selber nur einen sehr geringen Ausgangsjitter erzeugen. Um den Kompromiss zwischen Energieverbrauch und CDR Jitter zu minimieren, wird eine neue CDR Architektur unter Verwendung eines Proportional-Integral (PI) Controllers und dreifach Sampling vorgeschlagen. Bei Datenraten von mehreren Gigabit pro Sekunde wird ausserdem die Integrität der Daten sehr entscheidend. Verzerrte Daten aufgrund von Nichtidealitäten in Systemen können die Signalqualität massiv verringern und führen im schlimmsten Fall zu unbehebbaren Übertragungsfehlern, wodurch die effektive Bandbreite des Systems negativ beeinflusst wird. Daher werden für die Optimierung der Signalintegrität zusätzlich Sender (Tx) und Empfänger (Rx) EQ Trainings als Schnittstellen-Training eingesetzt. Weiterhin wird eine vereinfachte Systemarchitektur mit unsymmetrischer Anordnung der adaptiven Rx und Tx EQs in einem Single-Link-Bauelement durch die Verwendung verschiedener Koeffizienten-Adaptions-Algorithmen vorgeschlagen und analysiert. Diese Architektur ermöglicht es, durch das Training die insbesondere im Fall von parallelen Verbindungen große Anzahl benötigter EQs zu reduzieren. Gleichzeitig wird hierdurch erheblich Siliziumfläche eingespart und Energieverbrauch minimiert. Zum Abschluss werden die Eigenschaften eines High-Speed I/O-Treibers in Abhängigkeit von PVT-Schwankungen analysiert. Kritische Probleme wie Beeinträchtigung der Daten in Form von Überschwingen und Unterschwingen werden in erster Linie durch Impedanzfehlanpassung zwischen dem I/O-Treiber und dem zugehörigen Sendekanal verursacht. Durch Anwendung einer PVT-Kompensationstechnik können die Impedan- zen der I/O-Treiber effektiv an vorgegebene Zielwerte angepasst werden. Ausserdem werden unterschiedliche digitale Algorithmen zur Kalibrierung der Impedanzen gegen PVT-Schwankungen implementiert und bezüglich ihrer Geschwindigkeit und ihres Energieverbrauchs verglichen.