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Solveur d'éléments limites 3D EM

Solveur HyperLynx Full-Wave

Le solveur HyperLynx Full Wave (FWS) est un solveur d'éléments limites utilisé pour simuler le comportement à très haute fréquence de structures électromagnétiques 3D aux géométries arbitraires. Il fait partie de la famille intégrée des HyperLynx Advanced Solvers.

Circuit imprimé avec composants électroniques et visualisation de l'analyse de l'intégrité du signal pour le logiciel Hyperlynx Full-Wave Solver.

Applications de résolution pleine onde

Les approches en ondes complètes sont utilisées lorsque la structure analysée est comparable (ou plus grande) que la longueur d'onde du signal aux fréquences d'intérêt. Il s'agit d'une approche générale qui ne fait aucune supposition quant à la géométrie de la structure ou à son comportement électromagnétique. Dans HyperLynx, le solveur pleine onde est généralement utilisé pour modéliser les sections critiques des canaux série haut débit (ruptures, blocages, vias et autres discontinuités), des sections de boîtiers de circuits intégrés haute densité ou certaines parties des interfaces mémoire DDR5.

Les solutions Full Wave 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 en utilisant de nombreux cœurs de processeur sur un gros serveur, soit en répartissant la tâche (ou les tâches) sur plusieurs machines sur un réseau local.

Intégration et facilité d'utilisation d'HyperLynx

Lorsque des solveurs à onde complète sont utilisés dans le cadre d'une analyse au niveau du système, l'interconnexion complète est normalement trop importante pour être résolue pratiquement à l'aide d'un solveur 3D. Cela signifie que l'interconnexion est divisée en sections qui nécessitent un solveur 3D (régions de rupture, vias et capuchons bloquants), en sections qui peuvent être décrites avec précision à l'aide de modèles de trace et en sections représentées sous forme de modèles à paramètres S (souvent des connecteurs et des boîtiers de circuits intégrés). C'est ce que l'on appelle la résolution « couper-point ». L'interconnexion est « découpée » en sections modélisées individuellement, puis les pièces sont « recousues » ensemble pour créer un modèle de canal de bout en bout à des fins d'analyse au niveau du système.

La méthode du découpage et du point maximise l'efficacité de la résolution, car la taille des zones résolues par simulation 3D est limitée aux zones de signal critiques et à leurs trajectoires de retour respectives. En dehors de ces zones, représenter le signal à l'aide d'un modèle de trace ou de connecteur est bien plus efficace du point de vue du temps de calcul et des ressources. Le défi lié à la méthode de découpage et de point est de gérer correctement tous les détails. Par exemple, chaque zone 3D doit être suffisamment grande pour garantir un comportement électromagnétique transversal (TEM) aux limites du port. Cela signifie que la zone inclura une partie de la trace du signal, et que la longueur de la trace modélisée comme une ligne de transmission devra être ajustée pour refléter la partie de la trace déjà incluse dans la zone 3D. Cette zone 3D doit également inclure la trajectoire de retour du signal. Il faut donc également tenir compte des vias d'assemblage au sol et d'une distance tampon adéquate lors de la création de la zone. Normalement, ce processus est fait à la main et nécessite une grande expertise de la part 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 automatique d'un modèle de chaîne après la mise en page

HyperLynx crée automatiquement des modèles de canaux après la mise en page en fonction des exigences du protocole analysé. Les utilisateurs sélectionnent simplement les signaux qu'ils souhaitent analyser, et HyperLynx s'occupe du reste :

  • Le moteur DRC intégré est utilisé pour identifier automatiquement les sections de l'interconnexion qui nécessitent une modélisation 3D.
  • Carte SIM HyperLynx crée les configurations appropriées pour la simulation 3D et les envoie au solveur Full-Wave.
  • 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 au sein du modèle de canal complet.
  • BoardSim combine les modèles du simulateur 3D avec des modèles de traces et de connecteurs pour créer un modèle représentant le canal.
  • BoardSim exécute ensuite une simulation SI tenant compte des protocoles (généralement une analyse SerDes ou DDR) pour établir les marges opérationnelles au niveau du système. Cela indique à l'utilisateur quels signaux sont transmis, lesquels échouent et dans quelle mesure.

Visualisation et post-traitement complets

Le solveur à ondes complètes d'HyperLynx inclut un ensemble complet de fonctionnalités de traçage en sortie qui indiquent le comportement et sont mises à jour en temps réel au fur et à mesure de la progression de la simulation, ce qui permet à l'utilisateur de suivre l'évolution du modèle au fur et à mesure de l'exécution de la simulation. Il s'agit notamment de graphiques du comportement réel, de magnitude, imaginaire et de phase, affichés sur des échelles linéaires, logarithmiques et dB. Le traçage polaire est également pris en charge.

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

Les résultats simulés peuvent être post-traités pour éliminer les effets des structures de ports, vérifier et renforcer la passivité, diviser les grandes matrices en matrices plus petites, ajuster les valeurs de terminaison de référence des ports et convertir les données asymétriques en données en mode mixte.

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

full wave solver reporting

Des performances évolutives

De toutes les applications de résolution, la résolution en ondes intégrales est la plus gourmande en ressources de calcul et en mémoire, car elle offre la plus grande précision et le moins d'hypothèses concernant la structure à résoudre. 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 processeur à l'exécution d'un solveur individuel. Dans ce scénario, le solveur répartit les tâches entre les cœurs disponibles afin de les terminer plus rapidement. L'utilisateur contrôle le nombre de cœurs que chaque tâche de résolution est autorisée à utiliser. Comme tout processus d'analyse distribué, l'ajout de cœurs supplémentaires finit par entraîner des rendements décroissants. À ce moment-là, si la simulation est exécutée sur un serveur de grande taille, plusieurs simulations peuvent être exécutées en parallèle pour augmenter le débit.
  • Le deuxième niveau consiste à distribuer plusieurs exécutions de solveur sur différentes machines via un réseau local. Cela permet d'étendre les performances de simulation à de très hauts niveaux, en particulier lorsqu'il y a un grand nombre de tâches de résolution à exécuter. Distribution des tâches HyperLynx Advanced Solvers (HL-AS JD) fournit une couche de gestion des tâches de résolution qui permet aux utilisateurs de contrôler comment et où les tâches de simulation seront exécutées. HL-AS JD peut distribuer et gérer les tâches de simulation directement sur le réseau local, ou il peut s'interfacer avec des systèmes de gestion de charge commerciaux (LSF, Windows HPC) afin de tirer parti de l'infrastructure d'analyse existante, le cas échéant.
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

Scripting et automatisation

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

Les Solvers HyperLynx Advanced peuvent être exécutés à la fois de manière interactive et par le biais d'une automatisation basée sur Python. Cela permet de configurer, d'analyser et de déboguer initialement les designs à l'aide d'une analyse interactive afin de déterminer les paramètres de simulation optimaux. Ensuite, au fur et à mesure que le design est itéré, ces paramètres peuvent être réutilisés automatiquement pour garantir que l'analyse se déroule toujours de la même manière, rapporte les mêmes indicateurs et produit les mêmes modèles de sortie. Un environnement de script interactif en ligne de commande est disponible directement auprès des solveurs afin que les utilisateurs puissent développer et tester leurs scripts d'automatisation.

L'automatisation d'HyperLynx Advanced Solver fait partie d'un cadre de script plus large destiné à l'ensemble de la famille HyperLynx, qui permet de créer des flux d'analyse multioutils automatisés. Ce framework de script orienté objet inclut 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'effectuer des analyses complexes en quelques lignes de code personnalisé.

HyperLynx Scripting and Automation
Solveur à ondes intégrales

Resources