DIMM(Dua In-line Memory) 모듈과 같이 복잡한 모델의 경우, 완전한 3D 형상으로 해석이 가능할까? 또는 5G mmWave 배열 안테나를 유한 배열 모델로 해석한다고 가정해보자.
위는 Ansys HFSS 및 Ansys 고성능 컴퓨팅 기술로 가능하다.
스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, SDR(Software-Defined Radio), 마이크로파 회로 및 구성 요소, 능동 안테나 등을 포함한 많은 고주파 전자 제품에는 여러 3D CAD(컴퓨터 지원 설계) 및 2D 레이아웃 설계 도구가 필요하다. 예전에는 하나의 전자기 시뮬레이션 기술로 전체 시스템을 해결하는 것은 불가능했다. 그러나 Ansys HFSS는 최신 HPC 기술을 사용하기 때문에 엔지니어는 하나의 전자기 솔버를 사용하여 완전한 설계와 최적화가 가능하다.
HFSS 시뮬레이션 가속화
HPC는 대규모 시뮬레이션의 핵심 요소이다. HFSS를 같이 사용하면, HPC는 시뮬레이션 값을 최대화하여 크고 복잡한 모델을 더 빠른 속도로 연구하기 위해 설계 반복 횟수를 늘릴 수 있다.
HFSS 시뮬레이션 속도를 극대화할 수 있는 여러 HPC 기술이 있다.
1997년부터 사용 가능했던 매트릭스 다중 처리(MP)는 여러 CPU 코어를 사용하여 HFSS 매트릭스를 따라 빽빽한 전면 매트릭스를 해결하는 HPC기술이다. 각 코어는 자체 정면 매트릭스에 할당되어 해당 솔루션 프로세스의 병렬화를 통해 속도를 높일 수 있다. 아래 예에서 10개의 CPU 코어를 사용할 때 해석 속도가 최대 5배까지 증가할 것으로 예상할 수 있다.
CPU 매트릭스 MP 외에도 더 많은 HFSS 솔버 속도를 위해 GPU(그래픽 처리 장치)를 활용할 수 있다. GPU는 CPU와 함께 작동하여 GPU를 가장 큰 밀도의 정면 행렬에 적용해 최대 2배 빠른 솔루션을 제공한다. GPU에는 정면 매트릭스를 해결하는 데 필요한 메모리만 있으면 되기 때문에 전체 문제 크기는 GPU의 온 보드 메모리에 의해 제한되지 않는다.
MP가 있는 여러 CPU를 사용하여 매트릭스의 일부를 병렬로 해결하는 방법을 염두에 두고 문제에 대한 모든 메모리가 동일한 시스템에 있을 필요는 없다.
HFSS 분산 메모리 매트릭스 솔버(DMM)를 사용하면 네트워크로 연결된 시스템에서 더 많은 메모리와 더 많은 코어에 액세스 할 수 있으므로 훨씬 더 큰 문제를 해결할 수 있다. 분산 메모리를 사용한다고 해서 솔루션의 정확성이 손상되는 것은 아니다. DMM이있는 HFSS는 완전 결합된 전자기 시스템 매트릭스를 대규모로 해결한다.
아래 이미지에서 DMM HPC 및 Ansys HFSS는 64개의 신호 라인에 걸쳐 128개의 포트가 있는 8계층 8모듈 DIMM을 해결하는 데 사용되었다. 총 시뮬레이션 시간은 최대 단일 시스템 RAM이 32.75GB에 불과한 7시간이었다. 전체 DIMM 모듈의 완벽하게 결합된 HFSS 시뮬레이션은 일반 컴퓨팅 노드 크기 내에서 평균 RAM 풋 프린트로 하루 만에 완료되었다. DMM HPC 및 Ansys HFSS를 사용하면 대형 메모리 기기가 필요하지 않으며, 시뮬레이션 흐름의 정확도 저하 및 불확실성에 대해 걱정할 필요가 없다.
HFSS 시뮬레이션 확장
HFSS는 HPC 기능을 사용하여 더 빠른 속도와 더 강력한 네트워크 처리 능력을 제공하여 복잡한 다중 물리 설계를 해결하게 한다.
위에서 설명한 DMM 외에도 HFSS 시뮬레이션의 규모를 최대화하는 데 도움이 되는 여러 HPC 기능이 있다.
DDM을 사용하면 메쉬를 HFSS 내에서 완전히 자동화된 일련의 도메인으로 나눌 수 있다. 각 도메인은 네트워크 컴퓨터에서 병렬로 해결되어 더 많은 코어와 노드의 용량을 늘릴 수 있습니다.
또한 DDM은 5G mmWave 애플리케이션에 구현된 것과 같은 유한 크기의 배열 안테나를 효율적으로 해결할 수 있다. 배열 구조 내에는 HFSS 3D 구성 요소로 정의되는 공통 단위 셀이 있다. 이러한 단위 셀 중 하나만 정의함으로써 3D 구성 요소 배열 DDM 솔버는 형상과 메쉬를 가상으로 반복하고 완전히 결합된 안테나 배열을 해결한다.
위는 다른 요소에 대한 결합을 포함하여 모든 타 안테나 요소에 대한 S-파라미터 및 결합의 전체 세트를 제공한다. 3D Comp 배열 흐름에서는 단일 유형의 지오메트리 셀에 국한되지 않고 유한 크기의 접지면 또는 측벽을 포함한 레이돔과 같은 세부 정보를 추가할 수 있다. 또한 이러한 DDM 솔루션은 배열 안테나 설계에 대한 전체 필드 후 처리 및 3D 필드 시각화를 가능하게 한다.
2019년, HFSS는 HFSS에서 직접 시작할 수 있고 추가 HPC 하드웨어에 대한 액세스를 제공하는 Ansys Cloud에 배포되었다. 이를 통해 HFSS 사용자는 여러 시스템에서 시뮬레이션을 실행하여 대규모 문제를 큰 규모와 빠른 속도로 해결할 수 있다. Ansys Cloud 사용자는 클라우드 환경을 구축할 필요없이 HPC에 대한 on-demand 액세스를 내장할 수 있다.
출처 : Ansys How to Optimize the Speed and Scalability of Ansys HFSS with Ansys HPC
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