——電磁分析的黃金標準

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中國高級應用工程師）

Ansys HFSS多年來一直是全球公認的電磁分析黃金標準軟件。隨著芯片設計量日趨龐大、涉及日趨復雜，許多用戶表示他們對HFSS的黃金標準精度感到非常滿意，但希望能加快運行速度。令人欣慰的是，多年來Ansys已將眾多功能融入HFSS，顯著縮短了總體仿真時間。

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年的分布式內存矩陣求解器以及2020年的GPU加速，HFSS在過去20多年里一直在不斷提高仿真的速度和容量。除了改進算法和提高集群計算的利用率，Ansys還簡化了HFSS仿真設置的流程。從Layout導入模型自動定義了仿真的激勵和邊界區域。

通過自動求解設置，用戶只需定義感興趣的頻率范圍，然后可以用滑塊來選擇速度、平衡或精度。用戶可以選擇“速度”進行迭代和設計探索，或選擇“精度”進行驗證和驗收。從這里開始，Auto HPC負責以最佳方式使用總CPU核心數或總機器數，包括求解器的運行。此外，HFSS還可自動將自適應解分布到所有節點上，然后利用相同的計算資源并行頻率掃描。

但是，一些客戶在使用HFSS求解問題的時遇到了困難。例如，一位設計112 Gbps SERDES SoC封裝的用戶一直在縮減設計，以求解四分之一的封裝。他們多年來習慣對電磁求解采用切割的方法，以此提高效率，但是現在這其實已沒有必要。利用更新后的HFSS求解器，他們嘗試為同樣的切割結構建模，發現HFSS 2020版本僅利用四分之一的核心數，就能將求解問題的時間減半。在求解時間縮短到僅一個小時后，他們決定在HFSS中為整個封裝建模。令他們驚訝的是，求解具有184個端口、最高頻率達50GHz的完整封裝，只用了18個小時。

硅谷一家專業從事高速網絡和通信業務的定制ASIC公司的封裝設計主管稱：“我們從未預料到在HFSS中能夠簽核這樣一個大型封裝設計。我們曾經嘗試過在另一款近期發布的FEM求解器中求解這個大型結構，但一直沒能完成分析。”

多年來，Ansys HFSS的不斷更新，正在從規模和仿真時間兩個方面重新定義全波電磁簽核在當今芯片、封裝和PCB設計挑戰中的可能性。

Ansys CPS（Chip+Package+System）多物理場仿真方案，包含了Redhawk/HFSS等業界黃金工具，基于CPM/CSM/CTM等獨有的芯片模型，通過協同仿真考察芯片與PKG/PCB之間的耦合影響，通過電、熱、結構之間的多物理場耦合仿真使得仿真精度更高，幫助設計者優化從芯片至系統的SIPI/熱/結構可靠性等設計指標，此流程已經支持多家客戶在先進工藝節點和大規模的2.5D/3D IC設計上成功流片。