用对了版本电磁3D仿真速度可提升10倍

本文原刊登于semiengineering.com：《10X Faster Electromagnetic 3D Simulation》

作者：DENIS SOLDO

编辑整理：倪胜 | Ansys中国高级应用工程师

虚拟原型对于优化高性能电子产品的信号完整性性能而言，至关重要。如今，工程团队力求在几小时内快速完成印刷电路板（PCB）和3D芯片封装的电磁（EM）仿真，并获得最高的精度。

电磁仿真技术经历了漫长的发展：早在2000年，Ansys率先推出了采用全新矩阵多处理技术的电磁仿真器HFSS，利用全波3D模型仿真差分对互连，这被视为一次真正意义上的突破。

二十年后，2019年的夏天，一家重要客户告知Ansys，他们使用HFSS仿真48端口的PCB模型时竟花了28.5小时。后来根据客服了解得知，客户当时使用了最新技术之前四个版本的旧版HFSS，并且使用经验法则以及2000年代早期的最佳实践。他们对信号返回路径的电源和地布局结构进行了非常狭窄、适形的裁切，从而影响了仿真的边界条件。裁切操作中还将许多微小但互不相连的多边形创建成工件。其实，使用最新HFSS版本可自动生成裁切并删除浮动的多边形结构，所以已不需要再采用上述方法。

可见，陈旧、复杂的工作流程或者过旧的HFSS版本会导致PCB仿真运行时间过长，原因是较早版本的HFSS在网格划分技术方面存在局限性，在RAM有限的单机上生成简化的3D几何结构时也有很多限制性规则，而现在，使用最新HFSS版本可自动生成裁切并删除浮动的多边形结构，可以将仿真运行时间缩短到仅需2.75小时，这比原来的仿真时间快了10倍以上，而且只需更新到最新HFSS版本并采用最佳实践就能实现。

另一个近期案例是，一家长期使用HFSS的大型半导体客户报告称，用HFSS仿真40端口的模型花了61个小时，但他们发现另一家厂商可在9小时内求解几乎完全相同的模型。通过与客户讨论交流，得知他们使用了过旧的方法以及只有16个内核的旧版HFSS，而用来对比的厂商采用了32个内核的仿真器。

Ansys售后支持工程师迅速帮助客户升级到了最新HFSS版本，并分享了创建HFSS模型的最佳实践。随后，在相同的资源（四台机器、32个内核）上重新仿真了模型，并启用HFSS的分布式内存矩阵（DMM）求解器，最终，HFSS运行时间仅5个小时，速度提升了12倍，比另一家厂商的求解器快了近2倍。

从上面分享的是两个客户报告真实案例，可以看出Ansys HFSS技术是如何随着每个新版本而不断发展和进步。如今，运用最新的HFSS网格划分技术，用户已可以处理更大规模的设计。在启用HFSS的DMM求解器后，仿真运行速度会提高10倍，从而节省数百万美元的产品设计费用，将产品上市进程提前数周甚至几个月。

下面另一个例子，可以让大家更直观地了解当今电磁仿真技术的真实水平，HFSS用以下资源求解了一个大型PCB模块的完整3D模型：

• 8个两层倒装芯片的BGA封装

• 64个信号

• 128个端口

• 全部插入单独主板上的连接器

借助HFSS DMM技术，仅需34小时就完成了这个大规模问题的求解。足见，利用这种高级求解器技术，可以做到太多以前所无法实现的。

哲学家赫拉克利特曾说：“生命中唯一不变的，就是变化本身。”我们每天都面临变化，无论是简单的天气变化、日程变化、仿真方法变化还是新的软件版本。变化会影响我们所有人，而我们每个人应对变化的方式却有所不同。

因此，我们需要放弃陈旧的经验法则、过时的方法和老旧的软件版本，利用最新的高级工作流程和解决方案。对于在寻求10倍快的求解速度和无与伦比的精度的用户来说，他们或许已经找到了理想的工具：最新的、强大的HFSS。随着对仿真的日益重视，用户们开始越来越多地充分利用HFSS最新的电磁功能，而不变的，是熟悉的操作环境和HFSS黄金精度。