本文原刊登于Signal Integrity Journal雜志：《Ansys Interview: More on HFSS Mesh Fusion》 

作者：Janine Love

編輯整理：張旭（Ansys中國高頻產(chǎn)品線高級應(yīng)用工程師）

Signal Integrity Journal（以下簡稱SIJ）：請介紹一下HFSS Mesh Fusion的理念從何而來？

Matt Commens （以下簡稱MC）：在5G和自動駕駛等新興技術(shù)的推動下，我們需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和頻率，以及更緊湊的尺寸，這就意味著采用割裂的組件建模系統(tǒng)設(shè)計方法無法達(dá)到關(guān)鍵組件之間的電磁耦合精度要求，此前各版本在這方面也都忽略了此類問題。

工程師希望了解組件之間的電磁耦合問題時，系統(tǒng)-電磁的仿真需求應(yīng)運而生。如芯片到封裝、PCB和連接器、或者飛機上大規(guī)模的Ku波段衛(wèi)星天線陣列布局等。雖然在HFSS網(wǎng)格融合功能問世之前也可以開展此類仿真，但由于系統(tǒng)CAD模型的復(fù)雜性以及系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)尺度上的巨大跨度，生成有限元網(wǎng)格（FEM）極具挑戰(zhàn)性。

SIJ：開發(fā)它花費了多長時間？

MC：我們花費了數(shù)年時間將CAD專利、網(wǎng)格劃分技術(shù)和求解器技術(shù)整合至緊密集成的FEM仿真流程中。

SIJ: 該產(chǎn)品介紹顯示：“HFSS網(wǎng)格融合功能在復(fù)雜電磁系統(tǒng)的組件級模型分別應(yīng)用最優(yōu)的網(wǎng)格剖分方法，并可跨核心、集群或在Ansys? Cloud?中運行，突破了以往諸多瓶頸” 。請問能否介紹一下這種網(wǎng)格劃分功能的技術(shù)細(xì)節(jié)？它與其他電磁系統(tǒng)仿真產(chǎn)品有何不同？

MC：如果不能對這種電磁-系統(tǒng)進(jìn)行仿真，那么設(shè)計規(guī)則可能會對系統(tǒng)性能帶來不利影響，難以確保系統(tǒng)的正常運行。借助HFSS網(wǎng)格融合功能實現(xiàn)了電磁-系統(tǒng)仿真，以打破設(shè)計規(guī)則，工程師能真正探索設(shè)計極限，從而構(gòu)建最佳解決方案。

就最優(yōu)網(wǎng)格剖分方法而言，不同的網(wǎng)格劃分方法在不同的CAD模型中表現(xiàn)各有優(yōu)劣。“特定CAD類型網(wǎng)格劃分” 的示例是層疊結(jié)構(gòu)類模型，如PCB、IC和IC封裝，在這些層疊結(jié)構(gòu)模型中，預(yù)先了解如何將這些組件設(shè)計為堆疊的2D層疊結(jié)構(gòu)，可以加快和優(yōu)化網(wǎng)格劃分過程。

在HFSS網(wǎng)格融合功能推出之前，我們的模式是整個模型采用統(tǒng)一的網(wǎng)格劃分方法，而在一個包含多種CAD類型的電磁系統(tǒng)中，這種模式生成網(wǎng)格面臨極大的挑戰(zhàn)。采用HFSS網(wǎng)格融合功能，可以將局部最優(yōu)的網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用至組件。因此，例如，在帶有連接器和線纜的PCB示例中，可將特定的網(wǎng)格剖分方法分別應(yīng)用到每個組件中，以最佳地解決它們獨特的CAD類型。

另外，弄清楚網(wǎng)格融合的并行網(wǎng)格劃分特征，有助于我們更深刻的理解該功能。系統(tǒng)的各個組件在最初單獨進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后通過求解器合并到一起，形成一個不受影響的、全耦合的電磁解決方案。在單獨生成初始網(wǎng)格階段還可利用HPC和云資源進(jìn)行加速。接著，HFSS求解器可以采用多核、多處理器和多節(jié)點來并行求解全耦合電磁系統(tǒng)，包括采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分來提高精度以及采用標(biāo)準(zhǔn)的HPC技術(shù)。

SIJ：發(fā)布HFSS網(wǎng)格融合功能有哪些技術(shù)或市場方面的挑戰(zhàn)？從IC到PCB、連接器，再到天線，你們是如何 “整合” 這些技術(shù)的?

MC：求解器算法是一個重大的技術(shù)突破，它既可以生成和求解全耦合電磁系統(tǒng)矩陣，還可以解決規(guī)模更大的設(shè)計問題，HFSS網(wǎng)格融合功能簡化了設(shè)計流程。如果要說市場挑戰(zhàn)，那就是知名度的問題，在許多情況下，工程師實際上并沒有意識到甚至不相信我們的解決方案現(xiàn)在能做到這種程度。

SIJ：能否針對這款產(chǎn)品的新功能具體介紹一個應(yīng)用實例或客戶案例研究？與之前的功能相比，它具體能幫助設(shè)計人員節(jié)省多少時間呢？

MC：我們有一個具體的案例，一家消費類電子客戶需要就其一款新產(chǎn)品開展EMI/EMC仿真。現(xiàn)在，事實證明EMI/EMC仿真是一個真正受益于HFSS網(wǎng)格融合功能的特定應(yīng)用場景，因為該應(yīng)用通常在其最復(fù)雜的設(shè)計階段應(yīng)用仿真，特別是在系統(tǒng)裝配和設(shè)計的收尾階段。

該客戶的產(chǎn)品（上圖）是一個觸摸顯示器，它由許多薄層介質(zhì)和導(dǎo)體組成，其中包括觸摸面板的電容傳感器陣列。客戶采用EMI/EMC測試暗室的完整模型來對顯示器外殼內(nèi)的觸摸面板以及暗室中的EMI測試天線進(jìn)行仿真。因為無法對如此復(fù)雜的模型生成初始網(wǎng)格，如果沒有HFSS網(wǎng)格融合功能，幾乎無法對這個問題進(jìn)行求解。借助HFSS網(wǎng)格融合功能，首次仿真即可成功。因此，我們幫助客戶節(jié)約了大量時間，這也說明HFSS網(wǎng)格融合功能可完成此前認(rèn)為不可能實現(xiàn)的仿真。

SIJ：工程師開展上述工作需要Ansys哪些軟件工具呢？

MC：只需要HFSS就能實現(xiàn)。另外，由于HFSS網(wǎng)格融合功能主要用于解決大型復(fù)雜問題，因此我們可利用產(chǎn)品HPC的功能，從而支持更多內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以更快地解決問題。此外，不到兩年的時間內(nèi)，我們已經(jīng)在微軟 Azure支持的Ansys Cloud上成功部署了HFSS，從而給工程師提供了按需訪問額外硬件的機會，助力他們采用為解決設(shè)計難題而推出的HFSS網(wǎng)格融合功能來應(yīng)對更困難的設(shè)計挑戰(zhàn)。

Janine Love擔(dān)任《信號完整性雜志》的編輯，與編輯人員和咨詢委員會展開密切合作，為讀者提供數(shù)字、視頻和印刷形式的高質(zhì)量技術(shù)內(nèi)容。此外，她還擔(dān)任EDI CON技術(shù)項目總監(jiān)和《微波雜志》的特約編輯。