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solucionador de elementos límite EM 3D

HyperLynx Full-Wave Solver

El solucionador de ondas completas HyperLynx (FWS) es un solucionador de elementos límite utilizado para simular el comportamiento de muy alta frecuencia de estructuras electromagnéticas 3D que tienen geometrías arbitrarias. Es un miembro de la familia integrada de HyperLynx Advanced Solvers.

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

Aplicaciones de solver 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. Este es un enfoque de propósito general que no hace suposiciones sobre la geometría de la estructura o su comportamiento electromagnético. En HyperLynx, el solucionador de onda completa se utiliza generalmente para modelar secciones críticas de canales serie de alta velocidad (rupturas, bloqueos, vías y otras discontinuidades), secciones de paquetes IC de alta densidad o porciones seleccionadas de interfaces de memoria DDR5.

Las soluciones de onda completa proporcionan las simulaciones más precisas disponibles actualmente. Esto también significa que son los más complejos e intensivos en memoria, lo que los hace más propensos a requerir aceleración de simulación, ya sea mediante el uso de muchos núcleos de CPU en servidores grandes o dividiendo el trabajo (o trabajos) en varias máquinas en una LAN.

Integración con HyperLynx y facilidad de uso

Cuando se utilizan solucionadores de onda completa como parte del análisis a nivel de sistema, la interconexión completa es normalmente demasiado grande para ser resuelta prácticamente con un solucionador 3D. Eso significa que la interconexión se divide en secciones que requieren un solucionador 3D (regiones de ruptura, vías y tapas de bloqueo), secciones que se pueden describir con precisión con modelos de trazas y secciones representadas como modelos de parámetro S (a menudo conectores y paquetes IC). Esto se conoce como resolución de “corte y puntada”: la interconexión se “corta” en secciones que se modelan individualmente, luego las piezas se “unen” de nuevo para crear un modelo de canal de extremo a extremo para el análisis a nivel del sistema.

El método de corte y puntada maximiza la eficiencia de resolución porque el tamaño de las áreas resueltas con simulación 3D se limita a las áreas críticas de señal y sus respectivas rutas de retorno. Fuera de esas áreas, representar la señal con un modelo de traza o conector es mucho más eficiente desde el punto de vista del tiempo de cómputo y los recursos. El desafío con el método de corte y puntada es administrar todos los detalles correctamente; por ejemplo, cada área 3D debe ser lo suficientemente grande para garantizar el comportamiento electromagnético transversal (TEM) en los límites del puerto. Esto significa que el área incluirá alguna parte de la traza de la señal, y la longitud de traza modelada como una línea de transmisión deberá ajustarse para reflejar la porción de traza ya incluida en el área 3D. Esa área 3D también debe incluir la ruta de retorno de la señal, por lo que las vías de costura al suelo y una distancia de búfer adecuada también deben tenerse en cuenta al crear el área. Normalmente, este proceso se realiza a mano, lo que requiere una considerable experiencia del usuario. Esto limita enormemente la cantidad de usuarios que pueden realizar el análisis y la cantidad de señales que prácticamente pueden analizar.

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

Creación automatizada del modelo de canal posterior al diseño

HyperLynx crea automáticamente modelos de canal posteriores al diseño basados en los requisitos para el protocolo que se analiza. Los usuarios simplemente seleccionan las señales que quieren analizar, y HyperLynx hace el resto:

  • El motor DRC incorporado se utiliza para identificar automáticamente las secciones de la interconexión que requieren modelado 3D.
  • Tarjeta SIM de 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 a la frecuencia requerida y crea modelos para el análisis de SI. Estos modelos incluyen metadatos de puerto que indican cómo deben conectarse dentro del modelo de canal completo.
  • BoardSim combina los modelos del simulador 3D con modelos de trazas y conectores para crear un modelo que represente el canal.
  • Luego, BoardSim ejecuta una simulación SI con conocimiento de protocolo (normalmente SerDES o análisis DDR) para establecer márgenes operativos a nivel del sistema. Esto le dice al usuario qué señales pasan, cuáles fallan y en qué cantidad.

Visualización integral y postprocesamiento

El Solver de onda completa de HyperLynx incluye un conjunto completo de instalaciones de trazado de salida 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. Estos incluyen gráficos de comportamiento real, de magnitud, imaginario y de fase, mostrados con escalas lineales, log y dB. También se admite el trazado polar.

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

Los resultados simulados se pueden postprocesar para desincrustar los efectos de las estructuras portuarias, verificar y aplicar la pasividad, dividir matrices grandes en otras más pequeñas, ajustar los valores de terminación de referencia de puerto y convertir datos de un solo final en datos de modo mixto.

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

full wave solver reporting

Rendimiento escalable

La solución de onda completa es la más intensiva en computación y memoria de todas las aplicaciones de resolución, ya que proporciona la mayor precisión y hace la menor cantidad 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 agregar 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 cuántos núcleos puede usar cada trabajo de solucionador. Como cualquier proceso de análisis distribuido, agregar más núcleos eventualmente llega a un punto de rendimientos decrecientes. En ese momento, si la simulación se está ejecutando en un servidor grande, se pueden ejecutar varias simulaciones en paralelo para aumentar el rendimiento.
  • El segundo nivel implica la distribución de múltiples ejecuciones de solucionador a diferentes máquinas a través de una LAN. Esto permite escalar el rendimiento de la simulación a niveles muy altos, especialmente cuando hay una gran cantidad de trabajos de solver que ejecutar. Distribución de trabajos de HyperLynx Advanced Solvers (HL-AS JD) proporciona una capa de administración de trabajos de solver que permite a los usuarios controlar cómo y dónde se ejecutarán los trabajos de simulación. HL-AS JD puede distribuir y administrar trabajos de simulación a través de la LAN directamente, o puede interactuar con sistemas comerciales de administración de carga (LSF, Windows HPC) para aprovechar la infraestructura de análisis existente donde esté disponible.
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

Scripting y automatización

El análisis de integridad de señal y energía son procesos complejos y de varios pasos, donde cambiar una sola opción puede afectar significativamente el resultado final. Debido a que estas simulaciones a menudo son largas, requieren un uso intensivo de computación y memoria, es fundamental asegurarse de que las simulaciones se configuran correctamente y se realizan de manera consistente. Sin la capacidad de garantizar que las simulaciones se realicen de manera consistente y precisa, se pierde mucho tiempo ajustando y resimulando.

Los HyperLynx Advanced Solvers se pueden ejecutar tanto de forma interactiva como a través de la automatización basada en Python. Esto permite que los diseños se configuren, analicen y depuren inicialmente mediante análisis interactivo para determinar la configuración óptima de la simulación. Luego, a medida que se itera el diseño, esas configuraciones se pueden reutilizar a través de la automatización para garantizar que el análisis siempre se ejecute de la misma manera, informe las mismas métricas y produzca los mismos modelos de salida. Un entorno de scripting interactivo de línea de comandos está disponible directamente con los solucionadores para que los usuarios puedan desarrollar y probar sus scripts de automatización.

La automatización de HyperLynx Advanced Solver es parte de un marco de scripting más amplio para toda la familia HyperLynx, que permite crear flujos de análisis automatizados de múltiples herramientas. Este marco de scripting orientado a objetos incluye flujos predefinidos para la integridad de la energía, la integridad de la señal y el análisis de cumplimiento de enlace serie que permiten a los usuarios ejecutar análisis complejos con solo unas pocas líneas de código personalizado.

HyperLynx Scripting and Automation
Solver de onda completa

Resources