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Solveur d'éléments de limites 3D EM

HyperLynx Full-Wave Solver

L'HyperLynx Full Wave Solver (FWS) est un solveur d'éléments limites utilisé pour simuler le comportement à très haute fréquence de structures électromagnétiques 3D qui ont des géométries arbitraires. C'est un membre de la famille intégrée d'HyperLynx Advanced Solvers.

Circuit imprimé avec composants électroniques et visualisation de l'analyse de l'intégrité du signal pour le logiciel de solveur pleine onde Hyperlynx.

Applications de solveur pleine onde

Les approches à pleine onde sont utilisées lorsque la structure analysée est comparable (ou plus grande) à la longueur d'onde du signal aux fréquences d'intérêt. Il s'agit d'une approche à usage général qui ne fait pas d'hypothèses sur la géométrie de la structure ou son comportement électromagnétique. Dans HyperLynx, le solveur pleine onde est généralement utilisé pour modéliser des sections critiques de canaux série à haute vitesse (cassures, bouchons de blocage, vias et autres discontinuités), des sections de paquets de circuits intégrés haute densité ou des parties sélectionnées d'interfaces mémoire DDR5.

Les solutions Fullwave fournissent les simulations les plus précises actuellement disponibles. Cela signifie également qu'ils sont les plus complexes et les plus gourmands en mémoire, ce qui les rend les plus susceptibles de nécessiter une accélération de la simulation, soit par l'utilisation de nombreux cœurs de CPU sur un grand serveur, soit en divisant le travail (ou les tâches) sur plusieurs machines sur un réseau local.

Intégration HyperLynx et facilité d'utilisation

Lorsque des solveurs pleine onde sont utilisés dans le cadre de l'analyse au niveau du système, l'interconnexion complète est normalement trop grande pour être résolue pratiquement avec un solveur 3D. Cela signifie que l'interconnexion est partitionnée en sections qui nécessitent un solveur 3D (régions de séparation, vias et capuchons de blocage), des sections qui peuvent être décrites avec précision avec des modèles de trace, et des sections représentées par des modèles de paramètres S (souvent des connecteurs et des packages IC). C'est ce qu'on appelle la résolution « couper et coudre » - l'interconnexion est « coupée » en sections qui sont chacune modélisées individuellement, puis les pièces sont « cousues » ensemble pour créer un modèle de canal de bout en bout pour l'analyse au niveau du système.

La méthode de coupe et de couture maximise l'efficacité de résolution parce que la taille des zones résolues avec la simulation 3D est limitée aux zones de signal critiques et à leurs chemins de retour respectifs. En dehors de ces zones, représenter le signal avec un modèle de trace ou de connecteur est beaucoup plus efficace du point de vue du temps de calcul et des ressources. Le défi avec la méthode de coupe et de couture est de gérer correctement tous les détails - par exemple, chaque zone 3D doit être suffisamment grande pour assurer un comportement électromagnétique transversal (TEM) aux limites du port. Cela signifie que la zone comprendra une partie de la trace du signal, et la longueur de trace modélisée comme une ligne de transmission devra être ajustée pour refléter la portion de trace déjà incluse dans la zone 3D. Cette zone 3D doit également inclure le chemin de retour du signal, donc les vias de couture au sol et une distance tampon adéquate doivent également être pris en compte lors de la création de la zone. Normalement, ce processus se fait à la main, ce qui nécessite une expertise considérable de l'utilisateur. Cela limite considérablement le nombre d'utilisateurs qui peuvent effectuer l'analyse, et le nombre de signaux qu'ils peuvent pratiquement analyser.

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

Création automatisée de modèles de canaux après la mise en page

HyperLynx crée automatiquement des modèles de canaux post-mise en page en fonction des exigences pour le protocole analysé. Les utilisateurs sélectionnent simplement les signaux qu'ils veulent analyser, et HyperLynx fait le reste :

  • Le moteur DRC intégré est utilisé pour identifier automatiquement les sections de l'interconnexion qui nécessitent une modélisation 3D.
  • HyperLynx BoardSIM crée les configurations appropriées pour la simulation 3D et les envoie au solveur pleine onde.
  • Le solveur pleine onde modélise les zones 3D à la fréquence requise et crée des modèles pour l'analyse SI. Ces modèles incluent des métadonnées de port qui indiquent comment ils doivent être connectés dans le modèle de canal complet.
  • BoardSim combine les modèles du simulateur 3D avec des modèles de trace et de connecteur pour créer un modèle qui représente le canal.
  • BoardSim exécute ensuite une simulation SI compatible avec les protocoles (généralement l'analyse SerDES ou DDR) pour établir des marges d'exploitation au niveau du système. Cela indique à l'utilisateur quels signaux passent, lesquels échouent et de combien.

Visualisation complète et post-traitement

Le solveur Full-Wave d'HyperLynx comprend un ensemble complet de fonctions de traçage de sortie qui montrent le comportement et se mettent à jour en temps réel au fur et à mesure qu'une simulation progresse, permettant à l'utilisateur de voir comment le modèle évolue au fur et à mesure que la simulation est exécutée. Ceux-ci incluent des graphiques de comportement réel, de magnitude, imaginaire et de phase, affichés avec des échelles linéaires, logarithmiques et dB. Le tracé polaire est également pris en charge.

Une fois la simulation terminée, des diagrammes animés de densité de courant et de champ peuvent être utilisés pour étudier plus en détail le comportement de la structure.

Les résultats simulés peuvent être post-traités pour démêler les effets des structures portuaires, vérifier et appliquer la passivité, diviser les grandes matrices en plus petites, ajuster les valeurs de terminaison de référence de port et convertir les données à bout unique en données de mode mixte.

Les modèles de simulation peuvent être exportés sous forme de données de paramètres S, Y et Z avec des sous-circuits d'emballage d'épices pour être inclus dans des simulations de circuits au niveau du système. Les modèles générés incluent également des métadonnées de port qui définissent ce que chaque port représente et comment il doit être connecté à un modèle plus grand pour les simulations au niveau du système.

full wave solver reporting

Performances évolutives

La résolution pleine onde est la plus gourmande en calcul et en mémoire de toutes les applications de solveur, car elle offre la plus grande précision et fait le moins d'hypothèses sur la structure en cours de résolution. HyperLynx utilise une stratégie à deux niveaux pour améliorer le débit du solveur :

  • Le premier niveau de performance (et le plus simple) consiste à ajouter plus de cœurs de CPU à une exécution de solveur individuelle. Dans ce scénario, le solveur répartit les tâches entre les cœurs disponibles pour que le travail soit terminé plus rapidement. L'utilisateur contrôle le nombre de cœurs que chaque travail de solveur est autorisé à utiliser. Comme tout processus d'analyse distribuée, l'ajout de plus de cœurs finit par entraîner des rendements décroissants. À ce stade, si la simulation est exécutée sur un grand serveur, plusieurs simulations peuvent être exécutées en parallèle pour augmenter le débit.
  • Le deuxième niveau consiste à distribuer plusieurs exécutions de solveurs sur différentes machines sur un réseau local. Cela permet d'augmenter les performances de la simulation à des niveaux très élevés, en particulier lorsqu'il y a un grand nombre de tâches de solveur à exécuter. Distribution des emplois HyperLynx Advanced Solvers (HL-AS JD) fournit une couche de gestion des tâches de solveur qui permet aux utilisateurs de contrôler comment et où les tâches de simulation seront exécutées. HL-AS JD peut distribuer et gérer des tâches de simulation directement sur le réseau local, ou il peut s'interfacer avec des systèmes de gestion de charge commerciaux (LSF, Windows HPC) pour tirer parti de l'infrastructure d'analyse existante lorsqu'elle est disponible.
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

Scripts et automatisation

L'analyse de l'intégrité du signal et de l'alimentation est un processus complexe en plusieurs étapes, où la modification d'une seule option peut avoir une incidence significative sur le résultat final. Parce que ces simulations sont souvent longues, gourmandes en calcul et en mémoire, il est essentiel de s'assurer que les simulations sont correctement mises en place et exécutées de manière cohérente. Sans la capacité de s'assurer que les simulations sont effectuées de manière cohérente et précise, beaucoup de temps est perdu à ajuster et à resimuler.

HyperLynx Advanced Solvers peut être exécuté à la fois de manière interactive et via l'automatisation basée sur Python. Cela permet aux conceptions d'être initialement configurées, analysées et déboguées à l'aide d'analyses interactives pour déterminer les paramètres de simulation optimaux. Ensuite, au fur et à mesure que la conception est itérée, ces paramètres peuvent être réutilisés par automatisation pour s'assurer que l'analyse est toujours exécutée de la même manière, rapporte les mêmes métriques et produit les mêmes modèles de sortie. Un environnement de script interactif en ligne de commande est disponible directement avec les solveurs afin que les utilisateurs puissent développer et tester leurs scripts d'automatisation.

L'automatisation HyperLynx Advanced Solver fait partie d'un cadre de script plus large pour toute la famille HyperLynx, qui permet de créer des flux d'analyse multi-outils automatisés. Ce cadre de script orienté objet comprend des flux prédéfinis pour l'intégrité de l'alimentation, l'intégrité du signal et l'analyse de conformité des liaisons série qui permettent aux utilisateurs d'exécuter des analyses complexes avec seulement quelques lignes de code personnalisé.

HyperLynx Scripting and Automation
Solveur pleine onde

Resources