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Solucionador de elementos límite EM 3D

HyperLynx Full-Wave Solver

El solucionador de ondas completas (FWS) de HyperLynx es un solucionador de elementos límite que se utiliza para simular el comportamiento en frecuencias muy altas de estructuras electromagnéticas 3D que tienen geometrías arbitrarias. Es uno de los miembros de la familia integrada de HyperLynx Advanced Solvers.

Placa de circuito con componentes electrónicos y visualización del análisis de la integridad de la señal para el software solucionador de onda completa Hyperlynx.

Aplicaciones de solución de onda completa

Los enfoques de onda completa se utilizan cuando la estructura que se analiza es comparable (o mayor) que la longitud de onda de la señal en las frecuencias de interés. Se trata de un enfoque de uso general que no hace suposiciones sobre la geometría de la estructura o su comportamiento electromagnético. En HyperLynx, el solucionador de onda completa se utiliza normalmente para modelar secciones críticas de los canales en serie de alta velocidad (interrupciones, bloqueos, vías y otras discontinuidades), secciones de paquetes de circuitos integrados de alta densidad o partes seleccionadas de las interfaces de memoria DDR5.

Las soluciones de onda completa proporcionan las simulaciones más precisas disponibles en la actualidad. Esto también significa que son los más complejos y consumen más memoria, por lo que es más probable que necesiten una aceleración de la simulación, ya sea mediante el uso de muchos núcleos de CPU en un servidor grande o dividiendo el trabajo (o los trabajos) en varios equipos de una LAN.

Integración y facilidad de uso con HyperLynx

Cuando se utilizan solucionadores de onda completa como parte del análisis a nivel de sistema, la interconexión completa suele ser demasiado grande para resolverla prácticamente con un solucionador 3D. Eso significa que la interconexión se divide en secciones que requieren un solucionador 3D (regiones de desglose, vías y límites de bloqueo), secciones que se pueden describir con precisión con modelos de rastreo y secciones que se representan como modelos de parámetros S (normalmente conectores y paquetes de circuitos integrados). Esto se conoce como resolución de «cortar y coser». La interconexión se «corta» en secciones, cada una de las cuales se modela de forma individual, y luego las piezas se «vuelven a unir» para crear un modelo de canales de extremo a extremo para el análisis a nivel de sistema.

El método de cortar y coser maximiza la eficacia de la resolución, ya que el tamaño de las áreas resueltas con la simulación 3D se limita a las áreas críticas de señal y a sus respectivas rutas de retorno. Fuera de esas áreas, representar la señal con un modelo de rastreo o conector es mucho más eficiente desde el punto de vista del tiempo y los recursos de cálculo. El desafío del método de cortar y coser es gestionar todos los detalles correctamente. Por ejemplo, cada área 3D tiene que ser lo suficientemente grande como para garantizar el comportamiento electromagnético transversal (TEM) en los límites del puerto. Esto significa que el área incluirá una parte de la traza de la señal y la longitud de la traza modelada como línea de transmisión tendrá que ajustarse para reflejar la parte de la traza que ya está incluida en el área 3D. Esa área 3D también debe incluir la ruta de retorno de la señal, por lo que también hay que tener en cuenta las vías de unión del suelo y una distancia de amortiguamiento adecuada al crear el área. Normalmente, este proceso se realiza a mano y requiere una experiencia de usuario considerable. Esto limita enormemente el número de usuarios que pueden realizar el análisis y el número de señales que prácticamente pueden analizar.

A diagram showing the integration and ease of use of HLAS.

Creación automatizada de modelos de canales después de la maquetación

HyperLynx crea automáticamente modelos de canales posteriores al diseño en función de los requisitos del protocolo que se está analizando. Los usuarios simplemente seleccionan las señales que quieren analizar y HyperLynx se encarga del resto:

  • El motor DRC integrado se utiliza para identificar automáticamente las secciones de la interconexión que requieren modelado 3D.
  • Tarjeta SIM HyperLynx crea las configuraciones adecuadas para la simulación 3D y las envía al solucionador de onda completa.
  • El solucionador de onda completa modela las áreas 3D con la frecuencia requerida y crea modelos para el análisis SI. Estos modelos incluyen metadatos de los puertos que indican cómo deben conectarse en el modelo de canal completo.
  • BoardSim combina los modelos del simulador 3D con los modelos de rastreo y conector para crear un modelo que represente el canal.
  • A continuación, BoardSim ejecuta una simulación de SI con reconocimiento de protocolos (normalmente análisis SerDes o DDR) para establecer los márgenes operativos a nivel del sistema. Esto le dice al usuario qué señales pasan, cuáles fallan y en qué medida.

Visualización y posprocesamiento exhaustivos

El solucionador de ondas completas de HyperLynx incluye un conjunto completo de funciones de representación de resultados que muestran el comportamiento y se actualizan en tiempo real a medida que avanza la simulación, lo que permite al usuario ver cómo evoluciona el modelo a medida que se ejecuta la simulación. Incluyen gráficos del comportamiento real, de magnitud, imaginario y de fase, que se muestran con escalas lineales, logarítmicas y de dB. También se admite el trazado polar.

Una vez finalizada la simulación, se pueden utilizar gráficos animados de densidad de campo y corriente para investigar más a fondo el comportamiento de la estructura.

Los resultados simulados se pueden posprocesar para desincrustar los efectos de las estructuras de los puertos, comprobar y reforzar la pasividad, dividir matrices grandes en otras más pequeñas, ajustar los valores de terminación de referencia de los puertos y convertir los datos de un solo extremo en datos de modo mixto.

Los modelos de simulación se pueden exportar como datos de parámetros S, Y y Z con subcircuitos Spice Wrapper para incluirlos en las simulaciones de circuitos a nivel de sistema. Los modelos generados también incluyen metadatos de puertos que definen lo que representa cada puerto y cómo debe conectarse a un modelo más grande para las simulaciones a nivel de sistema.

full wave solver reporting

Rendimiento escalable

La resolución de onda completa es la que más consume computación y memoria de todas las aplicaciones de resolución, porque proporciona la mayor precisión y hace el menor número de suposiciones sobre la estructura que se está resolviendo. HyperLynx utiliza una estrategia de dos niveles para mejorar el rendimiento del solucionador:

  • El primer nivel de rendimiento (y el más simple) implica añadir más núcleos de CPU a una ejecución de solucionador individual. En este escenario, el solucionador distribuye las tareas entre los núcleos disponibles para completar el trabajo más rápido. El usuario controla el número de núcleos que puede utilizar cada trabajo de resolución. Como cualquier proceso de análisis distribuido, al añadir más núcleos, se llega a un punto de rentabilidad decreciente. En ese momento, si la simulación se ejecuta en un servidor grande, se pueden ejecutar varias simulaciones en paralelo para aumentar el rendimiento.
  • El segundo nivel implica distribuir varias ejecuciones de solucionadores a diferentes máquinas a través de una LAN. Esto permite escalar el rendimiento de la simulación a niveles muy altos, sobre todo cuando hay un gran número de trabajos de resolución que ejecutar. Distribución de trabajos de HyperLynx Advanced Solvers (HL-AS JD) proporciona una capa de gestión de trabajos solucionadora que permite a los usuarios controlar cómo y dónde se ejecutarán los trabajos de simulación. HL-AS JD puede distribuir y gestionar trabajos de simulación en la LAN directamente o puede interactuar con sistemas comerciales de gestión de cargas (LSF, Windows HPC) para aprovechar la infraestructura de análisis existente, cuando esté disponible.
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

Secuencias de comandos y automatización

El análisis de la integridad de la señal y la alimentación son procesos complejos de varios pasos, en los que cambiar una sola opción puede afectar significativamente al resultado final. Como estas simulaciones suelen ser largas y consumen muchos cálculos y memoria, es fundamental garantizar que las simulaciones se configuran correctamente y se realizan de forma coherente. Sin la capacidad de garantizar que las simulaciones se realizan de forma coherente y precisa, se pierde mucho tiempo ajustándose y simulando.

HyperLynx Advanced Solvers se puede ejecutar de forma interactiva y mediante una automatización basada en Python. Esto permite configurar, analizar y depurar inicialmente los diseños mediante análisis interactivos para determinar la configuración óptima de la simulación. Luego, a medida que el diseño se repite, esos ajustes se pueden reutilizar mediante la automatización para garantizar que el análisis se ejecuta siempre de la misma manera, informa de las mismas métricas y produce los mismos modelos de salida. Los solucionadores disponen de un entorno interactivo de scripts de línea de comandos directamente para que los usuarios puedan desarrollar y probar sus guiones de automatización.

La automatización de HyperLynx Advanced Solver forma parte de un marco de creación de scripts más amplio para toda la familia HyperLynx, que permite crear flujos de análisis automatizados con múltiples herramientas. Este marco de programación orientado a objetos incluye flujos predefinidos para el análisis de la integridad de la alimentación, la integridad de la señal y el cumplimiento de los enlaces en serie que permiten a los usuarios realizar análisis complejos con solo unas líneas de código personalizado.

HyperLynx Scripting and Automation
Solucionador de onda completa

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