如何利用Ansys HPC优化Ansys HFSS的速度和可扩展性

如果你可以解决复杂的模型，如双列直插内存(DIMM)模块，同时保留完整的3D电磁?或者想象一下用完全耦合的电磁来解决一个大型5G毫米波阵列天线，保留阵列设计的所有有限效应。

这些都是可能的Ansys基于Ansys高性能计算技术。

许多高频电子产品，包括智能手机、平板电脑、软件定义无线电、微波电路和组件、有源天线等，都需要多种3D计算机辅助设计(CAD)和2D布局设计工具。传统上，单一的电磁模拟技术无法解决整个系统的问题。然而，Ansys HFSS使用最新的高性能计算技术，使工程师可以使用一个全面的电磁求解器来全面求解和优化他们的设计。

加快HFSS模拟

高性能计算是大规模模拟的关键推动者。与HFSS相匹配，HPC极大地提高了仿真价值，使您能够以更快的速度增加设计迭代次数，以研究更大更复杂的模型。

有几种高性能计算技术可以最大限度地提高HFSS仿真速度。

矩阵多处理(Matrix multi-processing, MP)是一种高性能计算技术，它使用多个CPU核沿HFSS矩阵求解密集的正面矩阵。每个核心被分配到自己的正面矩阵，允许这部分解决过程通过并行化来加速。在下面的例子中，当使用10个CPU核心时，您可以期望看到求解速度提高5倍。

除了CPU矩阵MP，您还可以利用图形处理单元(GPU)来提高HFSS求解器的速度。GPU与cpu协同工作，通过将GPU应用于最大密度的正面矩阵，提供高达2倍的解决方案。GPU上只需要解决正面矩阵所需的内存，因此整体问题的大小不受GPU板载内存的限制。

请记住如何使用多个具有MP的cpu并行求解矩阵的各个部分，因此没有必要将问题的所有内存都驻留在同一台机器上。

使用HFSS分布式内存矩阵求解器(DMM)，您可以在联网的机器上访问更多的内存和内核，因此您可以解决更大的问题。但是，使用分布式内存绝不会降低解决方案的准确性。基于DMM的HFSS在一定尺度上求解了一个全耦合的电磁系统矩阵。

在下图中，DMM HPC和Ansys HFSS被用来解决一个八层、八模块的DIMM，它有128个端口，横跨64条信号线。整个模拟时间只有7个小时单机最大内存只有32.75 GB。在一个工作日内完成了对整个DIMM模块的完全耦合、不妥协的HFSS模拟，平均RAM占用面积在普通计算节点的大小范围内。使用DMM HPC和Ansys HFSS，不需要大型内存机，没有精度妥协，在模拟流程中没有不确定性。

高性能计算技术可以提高求解速度，同时保持较低的计算成本。

扩大HFSS模拟

HFSS使用高性能计算功能，不仅提供更快的速度，还提供更强大的网络处理能力，帮助您解决更复杂的多物理场设计。

除了上面描述的DMM之外，还有许多HPC功能可以帮助您最大化HFSS模拟的规模。

使用DDM，您可以将网格分解为一系列域，这在HFSS中是完全自动化的。每个域都可以在网络计算机上并行求解，从而增加更多核心和节点的容量。

此外，DDM可以有效地解决有限尺寸的阵列天线，例如在5G毫米波应用中实现的天线。在数组结构中有常见的单元格，定义为HFSS 3D组件。通过定义这些单元格中的一个，3D组件阵列DDM求解器实际上重复了几何和网格，并求解了全耦合天线阵列。

这为所有不同的天线元件提供了完整的s参数和耦合，包括与其他元件的耦合。在3D Comp Array流程中，您不局限于单一类型的几何单元，而是可以添加诸如有限大小的地平面或天线罩(包括侧壁)等细节。此外，这些DDM解决方案能够在阵列天线设计中实现全场后处理和3D场可视化。

12X8 5G毫米波天线阵列在28 GHz，加速与Ansys HPC

此外，2019年HFSS被部署到Ansys云，可以直接从HFSS启动，并提供访问额外的HPC硬件。这使得HFSS用户能够在多台机器上运行模拟，以大规模和速度解决非常大的问题。使用Ansys Cloud，用户可以内置按需访问HPC，而无需构建云环境的负担。

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