如何利用Ansys HPC优化Ansys HFSS的速度和可扩展性

如果你能解决像双列内存(DIMM)模块这样的复杂模型，同时保持完整的3D电磁特性，那会怎么样?或者想象一下，解决一个具有完全耦合电磁的大型5G毫米波阵列天线，保留阵列设计的所有有限效应。

这一切都是可能的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，单一的电磁仿真技术是不可能解决整个系统的。然而，Ansys HFSS采用最新的高性能计算技术，因此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。

加速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显着最大化仿真值，使您能够以更快的速度增加设计迭代次数，以研究更大和更复杂的模型。

有几种HPC技术可以最大限度地提高HFSS模拟速度。

矩阵多处理(Matrix multi-processing, MP)是一种HPC技术，它使用多个CPU内核沿HFSS矩阵求解密集的正面矩阵。每个核心被分配到它自己的正面矩阵，允许这部分的解决过程通过并行化来加速。在下面的示例中，当使用10个CPU内核时，您可以看到求解速度提高了5倍。

除了CPU矩阵MP之外，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应用于最大的密集正面矩阵，提供高达2倍的解决方案。在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，使用多个具有MP的cpu来并行解决矩阵的部分问题，因此没有必要将一个问题的所有内存都放在同一台机器上。

使用HFSS分布式内存矩阵求解器(DMM)，您可以访问网络机器上的更多内存和更多核心，从而可以解决更大的问题。然而，使用分布式内存绝不会损害解决方案的准确性。带DMM的HFSS可大规模解决全耦合电磁系统矩阵。

在下图中，我们使用DMM HPC和Ansys HFSS解决了一个八层、八模块、64条信号线、128个端口的DIMM。整个模拟时间只有7个小时最大单机内存只有32.75 GB。整个DIMM模块的完全耦合、完整的HFSS模拟在一个工作日内完成，平均RAM占用空间与普通计算节点的大小相当。使用DMM HPC和Ansys HFSS，不需要大内存机器，不需要精度妥协，也不需要模拟流中的不确定性。

高性能计算技术可以提高求解器的速度，同时保持较低的计算成本。

扩大HFSS模拟

HFSS使用HPC功能不仅提供更快的速度，而且提供更强大的网络处理能力，以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中完全自动化。每个域都可以在一台网络计算机上并行求解，从而增加了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阵列天线。在数组结构中有共同的单元格，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形状和网格，并求解了完全耦合的天线阵列。

这为所有不同的天线元件提供了一套完整的s参数和耦合，包括与其他元件的耦合。在3D Comp Array流程中，您不限于单一类型的几何单元，而是可以添加诸如有限尺寸的地平面或天线罩(包括侧壁)等细节。此外，这些DDM解决方案可以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，28ghz, Ansys HPC加速

此外，2019年，HFSS被部署到Ansys云，它可以直接从HFSS启动，并提供对其他HPC硬件的访问。这使得HFSS用户能够跨多台机器运行模拟，以规模和速度解决非常大的问题。通过Ansys Cloud，用户可以内置按需访问HPC，而无需构建云环境。

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