電磁仿真計算特點與硬件配置分析20190516

電磁場仿真軟件廣泛應用于無線和有線通信、計算機、衛星、雷達、半導體和微波集成電路、航空航天等領域,從毫米波電路、射頻電路封裝設計驗證,到混合集成電路、PCB板、無源板級器件、RFIC/MMIC設計,天線設計,微波腔體、衰減器、微波轉接頭、波導錄波器等設計等
電磁仿真計算特點與硬件配置分析20190516的圖11.1 電磁仿真算法分類、計算特點

計算電磁學(CEM)方法大致可分為2類:精確算法和高頻近似方法。
(1)全波精確計算法
  包括差分法(FDTD,FDFD)、有限元(FEM)、矩量法(MoM)以及基于矩量法的快速算法(如快速多極子FMM和多層快速多極子MLFMA)等,其中,在解決電大目標電磁問題中最有效的方法為多層快速多極子方法。

(2)高頻近似方法
一般可歸作2類:一類基于射線光學,包括幾何光學(GO)、幾何繞射理論(GTD)以及在GTD 基礎上發展起來的一致性繞射理論(UTD)等;另一類基于波前光學,包括物理光學(PO)、物理繞射理論(PTD)、等效電磁流方法(MEC)以及增量長度繞射系數法(ILDC)等1.1 電磁仿真算法分類、計算特點

計算電磁學(CEM)方法大致可分為2類:精確算法和高頻近似方法。
(1)全波精確計算法
  包括差分法(FDTD,FDFD)、有限元(FEM)、矩量法(MoM)以及基于矩量法的快速算法(如快速多極子FMM和多層快速多極子MLFMA)等,其中,在解決電大目標電磁問題中最有效的方法為多層快速多極子方法。

(2)高頻近似方法
一般可歸作2類:一類基于射線光學,包括幾何光學(GO)、幾何繞射理論(GTD)以及在GTD 基礎上發展起來的一致性繞射理論(UTD)等;另一類基于波前光學,包括物理光學(PO)、物理繞射理論(PTD)、等效電磁流方法(MEC)以及增量長度繞射系數法(ILDC)等1.1 電磁仿真算法分類、計算特點

計算電磁學(CEM)方法大致可分為2類:精確算法和高頻近似方法。
(1)全波精確計算法
  包括差分法(FDTD,FDFD)、有限元(FEM)、矩量法(MoM)以及基于矩量法的快速算法(如快速多極子FMM和多層快速多極子MLFMA)等,其中,在解決電大目標電磁問題中最有效的方法為多層快速多極子方法。

(2)高頻近似方法
一般可歸作2類:一類基于射線光學,包括幾何光學(GO)、幾何繞射理論(GTD)以及在GTD 基礎上發展起來的一致性繞射理論(UTD)等;另一類基于波前光學,包括物理光學(PO)、物理繞射理論(PTD)、等效電磁流方法(MEC)以及增量長度繞射系數法(ILDC)等
電磁仿真計算特點與硬件配置分析20190516的圖2算法計算特點匯總如下
電磁仿真計算特點與硬件配置分析20190516的圖3 
小結
1.時域算法,屬于顯式算法,傳統的CPU多核加速比好,核數越多計算越快,此外,并行度高,支持GPU加速計算,注意大部分求解器對GPU要求是雙精度計算為主,也就是說需要用雙精度性能高的GPU卡
2 頻域算法,屬于隱式算法,支持多核并行計算,但核數并行計算有限,不支持GPU計算,提升性能的手段,就是提升CPU的頻率,足夠大的內存,值得注意當內存非常大的時候(超過192GB),硬盤io性能非常關鍵
?
1.2 對并行計算求解過程分析
如何配置CPU要根據求解過程和算法特點,尤其要了解時域、頻域兩大算法特點緊密結合,這樣才能更高效更合理,從并行求解流程圖看,循環計算過程是單核和多核交叉過程電磁仿真計算特點與硬件配置分析20190516的圖4上圖可以看出,CPU選型非常重要,CPU睿頻足夠高,大幅縮短【階段1】求解時間,和整機足夠核數+高頻運行,大幅縮短【階段2】的求解器解算時間
常規工作站賣家,提供的機器往往多核忽視了睿頻的重要性,整個計算過程效率非常低,

因此 硬件配置注意: 
1.如果是時域算法為主,例如 FDTD、FIT求解器,由于并行度高,工作站配置盡量多核,可顯著提升求解速度,同時注意階段1睿頻高的處理器更快,如果是以GPU計算為主,可以配置CPU頻率高,核數少的,這樣整個過程顯著提升
2.如果是隱式算法為主,例如 FEM,MOM求解器,由于并行度有限,一定要睿頻盡可能高,同時保證足夠的核數的并行,這樣整個求解過程無死角瓶頸
3.如果是多種算法并用,CPU要足夠核數與高睿頻之間選擇一個兼顧的規格,三種應用(時域算法、頻域算法、混合算法)都均能確保工作站硬件計算性能最大化.

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