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3D EM 境界要素ソルバー

HyperLynx Full-Wave Solver

HyperLynxの全波ソルバー(FWS)は、任意の形状を持つ3D電磁構造の超高周波挙動をシミュレートするために使用される境界要素ソルバーです。HyperLynx Advanced Solvers 統合ファミリーの一員です。

Hyperlynx全波ソルバーソフトウェア用の電子部品とシグナルインテグリティ解析の視覚化を備えた回路基板。

全波ソルバーアプリケーション

全波アプローチは、解析対象の構造が対象周波数の信号波長と同等(またはそれ以上)の場合に使用されます。これは構造物の形状や電磁気的挙動について仮定しない汎用的なアプローチです。HyperLynxでは、フルウェーブソルバーは通常、高速シリアルチャネルの重要なセクション(ブレークアウト、ブロッキングキャップ、ビア、その他の不連続部分)、高密度ICパッケージのセクション、またはDDR5メモリインターフェイスの特定の部分をモデル化するために使用されます。

フルウェーブソリューションは、現在利用可能な中で最も正確なシミュレーションを提供します。これはまた、それらが最も複雑でメモリを大量に消費するため、大規模サーバーで多くのCPUコアを使用したり、LAN上の複数のマシンにジョブ(または複数のジョブ)を分割したりして、シミュレーションの高速化が必要になる可能性が最も高いことも意味します。

HyperLynxの統合と使いやすさ

フルウェーブソルバーをシステムレベルの解析の一部として使用する場合、通常、フルインターコネクトは大きすぎて3Dソルバーでは実際には解けません。つまり、インターコネクトは、3Dソルバーを必要とするセクション(ブレークアウト領域、ビア、ブロッキングキャップ)、トレースモデルで正確に記述できるセクション、Sパラメータモデルとして表されるセクション(多くの場合はコネクタとICパッケージ)に分割されます。これは「カットアンドステッチ」ソルビングとして知られています。相互接続を「カット」して、それぞれ個別にモデル化し、それらのセクションを「ステッチ」して、システムレベルの分析用のエンドツーエンドのチャネルモデルを作成します。

3Dシミュレーションで解く領域のサイズは、重要な信号領域とそれぞれのリターンパスに限定されるため、カットアンドステッチ法は解析効率を最大化します。これらの領域以外では、トレースまたはコネクタモデルで信号を表現する方が、計算時間とリソースの観点からはるかに効率的です。カットアンドステッチ方式の課題は、すべての詳細を正しく管理することです。たとえば、各3D領域は、ポート境界での横電気(TEM)の動作を保証するのに十分な大きさが必要です。つまり、その領域には信号トレースの一部が含まれるため、伝送線路としてモデル化されたトレースの長さは、3Dエリアにすでに含まれているトレースの部分を反映するように調整する必要があります。その3Dエリアには信号のリターンパスも含まれている必要があるため、エリアを作成するときは、グラウンドステッチビアと適切なバッファ距離も考慮する必要があります。通常、このプロセスは手作業で行われ、かなりのユーザー専門知識が必要です。これにより、分析を実行できるユーザーの数と、実際に分析できるシグナルの数が大幅に制限されます。

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

レイアウト後のチャネルモデルの自動作成

HyperLynxは、分析対象のプロトコルの要件に基づいて、レイアウト後のチャネルモデルを自動的に作成します。ユーザーは分析したい信号を選択するだけで、あとはHyperLynxが行います。

  • 内蔵のDRCエンジンは、3Dモデリングが必要なインターコネクトのセクションを自動的に識別するために使用されます。
  • HyperLynx ボードSIM 3Dシミュレーションに適した設定を作成し、全波ソルバーに送信します。
  • 全波ソルバーは、3D領域を必要な周波数にモデル化し、SI解析用のモデルを作成します。これらのモデルには、フルチャネルモデル内での接続方法を示すポートメタデータが含まれています。
  • BoardSimは、3Dシミュレーターのモデルとトレースおよびコネクタモデルを組み合わせて、チャネルを表すモデルを作成します。
  • その後、BoardSIMはプロトコル対応のSIシミュレーション(通常はSerDesまたはDDR分析)を実行して、システムレベルでの営業利益率を確定します。これにより、どの信号が合格し、どの信号がどの程度合格したかがわかります。

包括的な視覚化と後処理

HyperLynxのフルウェーブソルバーには、シミュレーションの進行に合わせて動作と更新をリアルタイムで表示する出力プロット機能がすべて含まれているので、ユーザーはシミュレーションの実行中にモデルがどのように変化するかを確認できます。これらには、線形、対数、dBスケールで表示される実数、振幅、虚数、位相の動作のプロットが含まれます。ポーラープロットもサポートされています。

シミュレーションが完了したら、電流と電界密度のアニメーションプロットを使用して、構造物の挙動をさらに調べることができます。

シミュレートされた結果を後処理して、ポート構造の影響の除去、受動性のチェックと適用、大きな行列を小さな行列に分割したり、ポートリファレンスの終端値を調整したり、シングルエンドデータを混合モードデータに変換したりできます。

シミュレーションモデルは、システムレベルの回路シミュレーションに含めるために、スパイスラッパーサブサーキットでS、Y、Zパラメーターデータとしてエクスポートできます。生成されたモデルには、各ポートが何を表しているのか、そしてシステムレベルのシミュレーションのためにそれをより大きなモデルにどのように接続すべきかを定義するポートメタデータも含まれています。

full wave solver reporting

スケーラブルなパフォーマンス

全波解法は、すべてのソルバーアプリケーションの中で最も計算とメモリを大量に消費します。なぜなら、最高の精度が得られ、解かれる構造についての仮定が最も少ないからです。HyperLynxは、ソルバーのスループットを向上させるために2段階の戦略を採用しています。

  • 最初の(そして最も単純な)パフォーマンス階層は、個々のソルバー実行にCPUコアを追加することです。このシナリオでは、ソルバーは使用可能なコアにタスクを分散して、ジョブをより早く完了させます。ユーザーは、各ソルバージョブが使用できるコアの数を制御します。他の分散分析プロセスと同様に、コアを追加すると、最終的には収益が減少することになります。その時点で、シミュレーションが大規模なサーバーで実行されている場合は、複数のシミュレーションを並行して実行してスループットを向上させることができます。
  • 第二段階は、複数のソルバー実行をLAN上の異なるマシンに分散することです。これにより、特に実行するソルバージョブが多数ある場合に、シミュレーションのパフォーマンスを非常に高いレベルにスケーリングできます。 HyperLynx Advanced Solvers ジョブディストリビューション(HL-AS JD) には、シミュレーションジョブの実行方法と実行場所をユーザーが制御できるソルバージョブ管理レイヤーがあります。HL-AS JDは、シミュレーションジョブをLAN上に直接分散して管理することも、商用負荷管理システム(LSF、Windows HPC)に接続して、既存の分析インフラストラクチャを利用することもできます(利用可能な場合)。
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

スクリプトと自動化

シグナルインテグリティとパワーインテグリティ分析は複雑で多段階のプロセスであり、1つのオプションを変更すると最終結果に大きな影響を与える可能性があります。これらのシミュレーションは時間がかかり、計算能力とメモリを大量に消費することが多いため、シミュレーションを適切に設定し、一貫して実行することが重要です。シミュレーションが一貫して正確に実行されるようにする機能がなければ、調整と再シミュレーションに多くの時間が費やされます。

HyperLynx Advanced Solvers は、インタラクティブに実行することも、Pythonベースの自動化を通じて実行することもできます。これにより、インタラクティブな分析を使用して設計を最初に設定、分析、デバッグして、最適なシミュレーション設定を決定できます。その後、設計が繰り返されるにつれて、それらの設定を自動化によって再利用して、分析が常に同じ方法で実行され、同じ指標が報告され、同じ出力モデルが生成されるようにすることができます。インタラクティブなコマンドラインスクリプト環境がソルバーで直接利用できるので、ユーザーは自動化スクリプトを開発してテストできます。

HyperLynx Advanced Solverの自動化は、HyperLynxファミリー全体の幅広いスクリプトフレームワークの一部であり、自動化されたマルチツール分析フローを作成できます。このオブジェクト指向のスクリプトフレームワークには、パワーインテグリティ、シグナルインテグリティ、シリアルリンクコンプライアンス分析のための事前定義されたフローが含まれており、ユーザーはわずか数行のカスタムコードで複雑な解析を実行できます。

HyperLynx Scripting and Automation
全波ソルバー

Resources