——電磁分析的黃金標(biāo)準(zhǔn)

本文原刊登于semiwiki.com：《The Gold Standard for Electromagnetic Analysis》

作者：Daniel Nenni

編輯整理：褚正浩（Ansys中國(guó)高級(jí)應(yīng)用工程師）

Ansys HFSS多年來(lái)一直是全球公認(rèn)的電磁分析黃金標(biāo)準(zhǔn)軟件。隨著芯片設(shè)計(jì)量日趨龐大、涉及日趨復(fù)雜，許多用戶(hù)表示他們對(duì)HFSS的黃金標(biāo)準(zhǔn)精度感到非常滿意，但希望能加快運(yùn)行速度。令人欣慰的是，多年來(lái)Ansys已將眾多功能融入HFSS，顯著縮短了總體仿真時(shí)間。

采用HFSS分析多層板的示例

從1997年交付的矩陣多核處理功能，到2005年的并行掃頻，再到2016年的分布式內(nèi)存矩陣求解器以及2020年的GPU加速，HFSS在過(guò)去20多年里一直在不斷提高仿真的速度和容量。除了改進(jìn)算法和提高集群計(jì)算的利用率，Ansys還簡(jiǎn)化了HFSS仿真設(shè)置的流程。從Layout導(dǎo)入模型自動(dòng)定義了仿真的激勵(lì)和邊界區(qū)域。

通過(guò)自動(dòng)求解設(shè)置，用戶(hù)只需定義感興趣的頻率范圍，然后可以用滑塊來(lái)選擇速度、平衡或精度。用戶(hù)可以選擇“速度”進(jìn)行迭代和設(shè)計(jì)探索，或選擇“精度”進(jìn)行驗(yàn)證和驗(yàn)收。從這里開(kāi)始，Auto HPC負(fù)責(zé)以最佳方式使用總CPU核心數(shù)或總機(jī)器數(shù)，包括求解器的運(yùn)行。此外，HFSS還可自動(dòng)將自適應(yīng)解分布到所有節(jié)點(diǎn)上，然后利用相同的計(jì)算資源并行頻率掃描。

但是，一些客戶(hù)在使用HFSS求解問(wèn)題的時(shí)遇到了困難。例如，一位設(shè)計(jì)112 Gbps SERDES SoC封裝的用戶(hù)一直在縮減設(shè)計(jì)，以求解四分之一的封裝。他們多年來(lái)習(xí)慣對(duì)電磁求解采用切割的方法，以此提高效率，但是現(xiàn)在這其實(shí)已沒(méi)有必要。利用更新后的HFSS求解器，他們嘗試為同樣的切割結(jié)構(gòu)建模，發(fā)現(xiàn)HFSS 2020版本僅利用四分之一的核心數(shù)，就能將求解問(wèn)題的時(shí)間減半。在求解時(shí)間縮短到僅一個(gè)小時(shí)后，他們決定在HFSS中為整個(gè)封裝建模。令他們驚訝的是，求解具有184個(gè)端口、最高頻率達(dá)50GHz的完整封裝，只用了18個(gè)小時(shí)。

硅谷一家專(zhuān)業(yè)從事高速網(wǎng)絡(luò)和通信業(yè)務(wù)的定制ASIC公司的封裝設(shè)計(jì)主管稱(chēng)：“我們從未預(yù)料到在HFSS中能夠簽核這樣一個(gè)大型封裝設(shè)計(jì)。我們?cè)?jīng)嘗試過(guò)在另一款近期發(fā)布的FEM求解器中求解這個(gè)大型結(jié)構(gòu)，但一直沒(méi)能完成分析。”

多年來(lái)，Ansys HFSS的不斷更新，正在從規(guī)模和仿真時(shí)間兩個(gè)方面重新定義全波電磁簽核在當(dāng)今芯片、封裝和PCB設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)中的可能性。

Ansys CPS（Chip+Package+System）多物理場(chǎng)仿真方案，包含了Redhawk/HFSS等業(yè)界黃金工具，基于CPM/CSM/CTM等獨(dú)有的芯片模型，通過(guò)協(xié)同仿真考察芯片與PKG/PCB之間的耦合影響，通過(guò)電、熱、結(jié)構(gòu)之間的多物理場(chǎng)耦合仿真使得仿真精度更高，幫助設(shè)計(jì)者優(yōu)化從芯片至系統(tǒng)的SIPI/熱/結(jié)構(gòu)可靠性等設(shè)計(jì)指標(biāo)，此流程已經(jīng)支持多家客戶(hù)在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)和大規(guī)模的2.5D/3D IC設(shè)計(jì)上成功流片。

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