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3D EM 邊界元素求解器

HyperLynx Full-Wave Solver

HyperLynx 全波求解器 (FWS) 是一種邊界元素求解器,用於模擬具有任意幾何圖形的 3D 電磁結構非常高頻率行為。它是整合式 HyperLynx 進階求解器系列的一個成員。

帶有電子元件和信號完整性分析可視化的電路板,適用於 Hyperlynx 全波求解器軟件。

全波求解器應用

當所分析的結構可比較(或更大)於感興趣頻率下的信號波長時,使用全波方法。這是一種通用的方法,不會對結構的幾何圖形或其電磁行為做出假設。在 HyperLynx 中,全波求解器通常用於建模高速序列通道的重要區段(突破、封鎖蓋、通道和其他不連續性)、高密度 IC 封裝區段或 DDR5 記憶體介面的選定部分。

全波解決方案提供目前可用的最準確的模擬。這也意味著它們是最複雜且記憶體密集的,因此它們最可能需要模擬加速,無論是通過在大型伺服器上使用許多 CPU 核心,或是通過將工作(或工作)分割到 LAN 上的多台機器。

HyperLynx 整合和易於使用

當使用全波求解器作為系統級分析的一部分時,完整的互連通常太大,無法使用 3D 求解器實際解決。這意味著互連將分割成需要 3D 求解器的區段(突破區域,通道和阻塞大小),可以使用跟踪模型準確描述的區段,以及以 S 參數模型表示的截面(通常是連接器和 IC 套件)。這稱為「切割和縫合」解決-互連是「切割」成各個單獨模型的部分,然後將零件「縫合」在一起以創建一個端對端通道模型,以進行系統層級分析。

切割和縫合方法最大化解決效率,因為使用 3D 模擬解決的區域大小限於關鍵信號區域及其各自的返回路徑。在這些區域之外,從計算時間和資源角度來看,使用跟踪或連接器模型表示信號更有效率。切割和縫合方法的挑戰在於正確管理所有細節-例如,每個 3D 區域都需要足夠大以確保端口邊界處的橫向電磁 (TEM) 行為。這表示區域將包含某些部分訊號追蹤,而且需要調整為傳輸線模型的追蹤長度,以反映 3D 區域中已包含的軌跡部分。該 3D 區域還需要包括信號的返回路徑,因此在建立區域時也需要考慮地面縫合通道和足夠的緩衝距離。通常,這個過程是手工完成,需要大量的用戶專業知識。這大大限制可以執行分析的用戶數量,以及他們實際可以分析的信號數量。

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

自動化後配置通道模型建立

HyperLynx 會根據分析之通訊協定的需求自動建立配置後通道模型。用戶只需選擇他們要分析的信號,HyperLynx 就會完成其餘的工作:

  • 內建的 DRC 引擎用於自動識別需要 3D 建模的互連區段。
  • 超 Lynx 主機板 SIM 卡 建立適當的 3D 模擬設定,並將其傳送至全波求解器。
  • 全波求解器將 3D 區域建模為所需頻率,並建立用於 SI 分析的模型。這些模型包含連接埠中繼資料,指出應如何在完整通道模型中連接它們。
  • BoardSim 將 3D 模擬器中的模型與軌跡和連接器模型結合,以創建代表通道的模型。
  • 然後 BoardSIM 執行通訊協定感知 SI 模擬(通常是 SERDES 或 DDR 分析),以在系統層級建立操作利潤。這會告訴用戶哪些信號傳遞,哪些信號失敗以及多少。

全面的視覺化和後處理

HyperLynx 的全波求解器包括一組完整的輸出繪圖設備,可在模擬進行時顯示行為並實時更新,使用者可以在執行模擬時查看模型如何進化。這些包括實際、大小、虛擬和相位行為的繪圖,以線性、日誌和 dB 比例顯示。還支持極性出圖。

模擬完成後,可以使用動畫的電流和場地密度繪圖進一步調查結構的行為。

模擬結果可以進行後處理,以消除連接埠結構的嵌入效果、檢查並強制執行被動性、將大型矩陣分割為較小的矩陣、調整連接埠參考終端值,並將單端資料轉換為混合模式資料。

模擬模型可以匯出為 S-、Y-和 Z 參數資料,帶有香料包裝子電路,以便納入系統級電路模擬中。產生的模型還包含連接埠中繼資料,可定義每個連接埠代表的內容,以及應如何將其連接到更大模型,以進行系統層級模擬。

full wave solver reporting

可擴展性能

在所有求解器應用程序中,全波解決是最大的運算和記憶體密集的應用程序,因為它提供最高的準確度,並且對正在解決的結構做出最少的假設。HyperLynx 使用兩層策略來改善求解器輸送量:

  • 第一個(也是最簡單的)效能層涉及將更多 CPU 核心添加到個別的求解器運行中。在這種情況下,求解器會在可用核心之間分配任務,以便更快地完成工作。使用者控制每個求解器工作允許使用多少核心。與任何分散式分析過程一樣,添加更多核心最終達到回報減少的點。此時,如果模擬正在大型伺服器上執行,則可以平行執行數個模擬,以提高輸送量。
  • 第二層涉及在 LAN 中將多個求解器運行分配到不同的機器。這可以將模擬效能調整到非常高的層級,尤其是當需要執行大量的求解器工作時。 HyperLynx 進階求解器工作分配 (HL-AS JD) 提供求解器工作管理層,允許使用者控制模擬工作的執行方式和位置。HL-AS JD 可以直接在 LAN 中分配和管理模擬工作,也可以連接到商業負載管理系統 (LSF、Windows HPC),以在可用的情況下利用現有的分析基礎架構。
HLAS - HyperLynx Scalable Peformance 1280x720

指令碼與自動化

信號和電源完整性分析是複雜的多步驟過程,變更單一選項可能會顯著影響最終結果。由於這些模擬通常很長、運算和記憶體密集,因此確保模擬設置正確並一致執行是至關重要的。如果沒有能夠確保模擬執行一致且準確,則會耗費大量時間調整和重新調整。

HyperLynx 進階求解器可以互動方式執行,也可以透過基於 Python 的自動化方式執行。這允許使用互動分析初始設置、分析和調試設計,以確定最佳模擬設定。然後,在迭代設計時,可以通過自動化重複使用這些設置,以確保分析始終以相同的方式執行,報告相同的指標並產生相同的輸出模型。可直接與求解器一起使用互動式命令列指令碼環境,以便使用者可以開發和測試自動化指令碼。

HyperLynx 進階求解器自動化是整個 HyperLynx 系列的更廣泛指令碼框架的一部分,可以建立自動化的多工具分析流程。此面向物件指令碼架構包括電源完整性、信號完整性和序列連結合性分析的預先定義流程,允許使用者只需幾行自訂程式碼執行複雜的分析。

HyperLynx Scripting and Automation
全波求解器

Resources