Skip to main content
Deze pagina wordt weergegeven met behulp van automatische vertaling. In plaats daarvan in het Engels bekijken?

Oplosser voor 3D EM-grenselementen

HyperLynx Full-Wave oplosser

De HyperLynx Full Wave Solver (FWS) is een oplosser voor grenselementen die wordt gebruikt voor het simuleren van het zeer hoge frequentiegedrag van elektromagnetische 3D-structuren met willekeurige geometrieën. Het is een lid van de geïntegreerde familie van HyperLynx Advanced Solvers.

Printplaat met elektronische componenten en visualisatie van de signaalintegriteitsanalyse voor Hyperlynx full-wave solver-software.

Toepassingen voor full-wave oplossers

Een benadering met een volledige golf wordt gebruikt wanneer de structuur die wordt geanalyseerd vergelijkbaar is (of groter) is dan de golflengte van het signaal bij de betreffende frequenties. Dit is een algemene benadering waarbij geen aannames worden gedaan over de geometrie van de structuur of het elektromagnetische gedrag ervan. In HyperLynx wordt de full-wave solver meestal gebruikt voor het modelleren van kritieke delen van snelle seriële kanalen (breakouts, blokkeringskappen, via's en andere discontinuïteiten), delen van IC-pakketten met hoge dichtheid of geselecteerde delen van DDR5-geheugeninterfaces.

Full-wave-oplossingen bieden de meest nauwkeurige simulaties die momenteel beschikbaar zijn. Dit betekent ook dat ze het meest complex en geheugenintensief zijn, waardoor ze waarschijnlijk simulatieversnelling nodig hebben, ofwel door het gebruik van veel CPU-kernen op een grote server, ofwel door de taak (of taken) te verdelen over meerdere machines op een LAN.

HyperLynx-integratie en gebruiksgemak

Wanneer full-wave solvers worden gebruikt als onderdeel van analyses op systeemniveau, is de volledige interconnectie normaal gesproken te groot om praktisch te worden opgelost met een 3D-oplosser. Dat betekent dat de interconnect wordt opgedeeld in secties waarvoor een 3D-oplosser nodig is (breakout-gebieden, via's en blokkeerkappen), secties die nauwkeurig kunnen worden beschreven met traceermodellen, en secties die worden weergegeven als S-parametermodellen (vaak connectoren en IC-pakketten). Dit wordt „knippen en naaien” genoemd: de verbinding wordt „gesneden” in secties die elk afzonderlijk worden gemodelleerd, en vervolgens worden de stukken weer aan elkaar „" genaaid "” om een kanaalmodel van begin tot eind te creëren voor analyse op systeemniveau.”

De knip- en steekmethode maximaliseert de oplossingsefficiëntie omdat de grootte van de gebieden die met 3D-simulatie worden opgelost beperkt is tot kritieke signaalgebieden en hun respectieve retourpaden. Buiten die gebieden is het veel efficiënter om het signaal weer te geven met een spoor- of connectormodel vanuit het oogpunt van rekentijd en -bronnen. De uitdaging bij de knip- en steekmethode is om alle gegevens correct te beheren. Elk 3D-gebied moet bijvoorbeeld groot genoeg zijn om transversaal elektromagnetisch (TEM) gedrag aan de poortgrenzen te garanderen. Dit betekent dat het gebied een deel van het signaalspoor zal omvatten, en dat de spoorlengte, gemodelleerd als een transmissielijn, moet worden aangepast om het deel van het spoor weer te geven dat al in het 3D-gebied is opgenomen. Dat 3D-gebied moet ook het retourpad van het signaal bevatten, dus bij het creëren van het gebied moet ook rekening worden gehouden met grondstiksels en een voldoende bufferafstand. Normaal gesproken wordt dit proces met de hand uitgevoerd, wat aanzienlijke gebruikersexpertise vereist. Dit beperkt het aantal gebruikers dat de analyse kan uitvoeren enorm, en het aantal signalen dat ze praktisch kunnen analyseren.

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

Geautomatiseerde creatie van kanaalmodellen na de lay-out

HyperLynx maakt automatisch kanaalmodellen na de lay-out op basis van de vereisten voor het protocol dat wordt geanalyseerd. Gebruikers selecteren gewoon de signalen die ze willen analyseren, en HyperLynx doet de rest:

  • De ingebouwde DRC-engine wordt gebruikt om automatisch delen van de interconnect te identificeren die 3D-modellering vereisen.
  • HyperLynx Board-simkaart creëert de juiste instellingen voor 3D-simulatie en stuurt deze naar de full-wave solver.
  • De full-wave solver modelleert de 3D-gebieden met de vereiste frequentie en creëert modellen voor SI-analyse. Deze modellen bevatten metagegevens van poorten die aangeven hoe ze moeten worden aangesloten binnen het volledige kanaalmodel.
  • BoardSim combineert de modellen van de 3D-simulator met trace- en connectormodellen om een model te maken dat het kanaal weergeeft.
  • BoardSim voert vervolgens een protocolbewuste SI-simulatie uit (meestal SerDes- of DDR-analyses) om de operationele marges op systeemniveau vast te stellen. Dit vertelt de gebruiker welke signalen worden doorgegeven, welke niet werken en met hoeveel.

Uitgebreide visualisatie en nabewerking

De Full-wave Solver van HyperLynx bevat een volledige set functies voor het plotten van de output die het gedrag weergeven en in realtime worden bijgewerkt naarmate de simulatie vordert, zodat de gebruiker kan zien hoe het model evolueert naarmate de simulatie wordt uitgevoerd. Deze omvatten grafieken van het reële, magnitude-, imaginaire en fasegedrag, weergegeven met lineaire, log- en dB-schalen. Polar plotting wordt ook ondersteund.

Zodra de simulatie is voltooid, kunnen geanimeerde grafieken van stroom en velddichtheid worden gebruikt om het gedrag van de structuur verder te onderzoeken.

Gesimuleerde resultaten kunnen nabewerkt worden om effecten van poortstructuren te deïntegreren, te controleren op passiviteit en deze af te dwingen, grote matrices op te splitsen in kleinere matrices, de eindwaarden van poortreferenties aan te passen en gegevens met één uiteinde om te zetten in gegevens in gemengde modus.

Simulatiemodellen kunnen worden geëxporteerd als S-, Y- en Z-parametergegevens met spice wrapper-subcircuits voor opname in circuitsimulaties op systeemniveau. De gegenereerde modellen bevatten ook metagegevens van poorten die bepalen wat elke poort vertegenwoordigt en hoe deze moet worden aangesloten op een groter model voor simulaties op systeemniveau.

full wave solver reporting

Schaalbare prestaties

Het oplossen van volledige golven is de meest reken- en geheugenintensieve van alle oplossertoepassingen, omdat het de grootste nauwkeurigheid biedt en de minste veronderstellingen maakt over de structuur die wordt opgelost. HyperLynx maakt gebruik van een strategie met twee niveaus om de doorvoer van oplossers te verbeteren:

  • Het eerste (en eenvoudigste) prestatieniveau bestaat uit het toevoegen van meer CPU-kernen aan een individuele solver-run. In dit scenario verdeelt de oplosser taken over de beschikbare kernen om de taak sneller af te krijgen. De gebruiker bepaalt hoeveel cores elke solvertaak mag gebruiken. Zoals bij elk gedistribueerd analyseproces leidt het toevoegen van meer kernen uiteindelijk tot een daling van het rendement. Als de simulatie op dat moment op een grote server wordt uitgevoerd, kunnen meerdere simulaties tegelijkertijd worden uitgevoerd om de doorvoer te verhogen.
  • De tweede laag omvat de distributie van meerdere solver-runs naar verschillende machines via een LAN. Hierdoor kunnen de simulatieprestaties naar zeer hoge niveaus worden geschaald, vooral wanneer er een groot aantal oplossingstaken moeten worden uitgevoerd. De taakverdeling van HyperLynx Advanced Solvers (HL-AS JD) biedt een laag voor het beheer van opdrachten voor oplossers waarmee gebruikers kunnen bepalen hoe en waar simulatietaken worden uitgevoerd. HL-AS JD kan simulatietaken rechtstreeks over het LAN verdelen en beheren, of kan worden gekoppeld aan commerciële loadmanagementsystemen (LSF, Windows HPC) om, indien beschikbaar, gebruik te maken van de bestaande analyse-infrastructuur.
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

Scripting en automatisering

Analyse van de signaalintegriteit en stroomintegriteit zijn complexe processen die uit meerdere stappen bestaan, waarbij het wijzigen van een enkele optie een aanzienlijke invloed kan hebben op het eindresultaat. Omdat deze simulaties vaak tijdrovend, rekenintensief en geheugenintensief zijn, is het van cruciaal belang dat de simulaties correct worden ingesteld en consistent worden uitgevoerd. Zonder de mogelijkheid om ervoor te zorgen dat simulaties consistent en nauwkeurig worden uitgevoerd, gaat er veel tijd verloren bij het aanpassen en opnieuw simuleren.

HyperLynx Advanced Solvers kunnen zowel interactief als via automatisering in Python worden uitgevoerd. Dit maakt het mogelijk om ontwerpen in eerste instantie op te zetten, te analyseren en te debuggen met behulp van interactieve analyse om de optimale simulatie-instellingen te bepalen. Naarmate het ontwerp wordt herhaald, kunnen die instellingen vervolgens worden hergebruikt door middel van automatisering om ervoor te zorgen dat de analyses altijd op dezelfde manier worden uitgevoerd, dezelfde statistieken worden gerapporteerd en dezelfde uitvoermodellen worden geproduceerd. Een interactieve scriptomgeving op de opdrachtregel is rechtstreeks beschikbaar bij de oplossers, zodat gebruikers hun automatiseringsscripts kunnen ontwikkelen en testen.

HyperLynx Advanced Solver-automatisering maakt deel uit van een breder scriptraamwerk voor de volledige HyperLynx-familie, waarmee geautomatiseerde analysestromen voor meerdere tools kunnen worden gecreëerd. Dit objectgeoriënteerde scriptraamwerk omvat vooraf gedefinieerde stromen voor stroomintegriteit, signaalintegriteit en analyse van de naleving van seriële links, waarmee gebruikers complexe analyses kunnen uitvoeren met slechts een paar regels aangepaste code.

HyperLynx Scripting and Automation
Oplosser voor de volledige golf

Resources