Высокпроизводительные вычисления

ANSYS Electronics HPC обеспечивает параллельную обработку для решения самых сложных и сложных моделей — моделей с большой геометрической детализацией, большими системами и сложной физикой. ANSYS выходит далеко за рамки простого аппаратного ускорения и предоставляет революционные численные решатели и методологии HPC, оптимизированные для многоядерных машин, с масштабируемостью, позволяющей использовать все преимущества вычислительной мощности кластера. Требуемый объем высокопроизводительных вычислений основан просто на общем количестве ядер, используемых в анализе, независимо от того, какая технология высокопроизводительных вычислений используется.

Многопоточность:

ANSYS Electronics HPC использует преимущества нескольких ядер на одном компьютере, чтобы сократить время решения. Технология многопоточности ускоряет начальное создание сетки, решение матриц и восстановление полей.

Метод спектральной декомпозиции:

Метод спектральной декомпозиции (SDM) ускоряет частотную развертку за счет параллельного распределения нескольких частотных точек по вычислительным ядрам и узлам. Вы можете использовать этот метод в тандеме с многопоточностью, чтобы ускорить извлечение отдельных частотных точек, в то время как SDM распараллеливает извлечение многочастотных точек.

Метод декомпозиции доменов:

Метод декомпозиции доменов (DDM) ускоряет решение для более крупных и сложных геометрических фигур, распределяя моделирование по нескольким ядрам и сетевым узлам. Этот метод в первую очередь предназначен для решения больших проблем с использованием распределенной памяти. Его также можно комбинировать с многопоточностью и SDM для улучшения масштабируемости и пропускной способности моделирования.

Периодическая декомпозиция области:

Периодическая декомпозиция области применяет DDM к конечным периодическим структурам, таким как антенные решетки или частотно-избирательные поверхности. Этот метод практически дублирует геометрию и сетку элементарной ячейки периодической структуры, а затем применяет алгоритм DDM к результирующему массиву конечного размера для поиска уникальных полей для всех элементов. Мощность и скорость моделирования существенно увеличены. Этот метод можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего ускорения решения.

Метод разложения гибридной области:

Гибридный DDM использует метод декомпозиции области для моделей, состоящих из областей конечных элементов (FE) и интегральных уравнений (IE). Надстройка решателя HFSS IE позволяет создавать модели HFSS, которые могут решать чрезвычайно большие электромагнитные проблемы. Эта методология сочетает в себе достоинства способности FEM работать со сложной геометрией плюс эффективные решения MoM для анализа поперечного сечения антенн и радаров. Гибридный DDM можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего ускорения решения.

Распределенный прямой матричный решатель:

Распределенный прямой матричный решатель — это параллельный метод с распределенной памятью для решателей HFSS и HFSS-IE. Матричное решение распределено по нескольким ядрам или компьютерам, интегрированным в MPI. Это приводит к решениям с улучшенной масштабируемостью за счет расширенного доступа к памяти MPI и повышенной скоростью за счет расширенного сетевого доступа к ядру MPI для высокоточных решений прямого матричного решения. Эти решатели матрицы распределенной памяти можно комбинировать с многопоточностью и SDM для дальнейшего увеличения пропускной способности моделирования.

Матричный решатель с распределенной памятью:

Матричный решатель с распределенной памятью (DMM) — это метод параллельной распределенной памяти для HFSS, включая метод конечных элементов (FEM) и интегральные уравнения (IE). Матричное решение распределено по нескольким ядрам вычислительных узлов, интегрированных в MPI. Это приводит к уменьшению объема памяти, занимаемой каждым узлом, и улучшает масштабируемость и скорость за счет расширенного доступа к памяти MPI и сети. Решатель DMM интегрирован в технологию Auto-HPC и может ортогонально сочетаться с методом спектрального разложения (SDM) для дальнейшего увеличения производительности моделирования.

Высокопроизводительные вычисления в облаке:

Облачный сервис Ansys делает высокопроизводительные вычисления (HPC) чрезвычайно легкими для доступа и использования. Он был разработан в сотрудничестве с Microsoft Azure, ведущей облачной платформой для высокопроизводительных вычислений. Он интегрирован в Electronics Desktop, поэтому вы можете получить доступ к неограниченной вычислительной мощности по требованию из среды проектирования.

DDM распределяет решения поддоменов ячеистой сети между несколькими вычислительными ядрами, включая сетевые. Решая эти поддомены параллельно, вы можете добиться значительного увеличения производительности и скорости моделирования.

Какие продукты ANSYS лучше всего соответствуют вашим потребностям?

Свяжитесь с нами и мы подберём решение под Ваши конкретные задачи

Новые возможности HFSS 14

Программный продукт Ansys HFSS трехмерного моделирования ВЧ/СВЧ­устройств довольно хорошо известен среди разработчиков. Недавно в свет вышла его новая, 14­я версия. В данной статье мы расскажем об основных нововведениях и улучшениях в нем.

В области разработки антенн важной темой для исследования являются массивы антенных ячеек, посредством которых осуществляется управление направлением излучения. Из­за больших размеров подобных конструкций выполнение точного полноволнового анализа при помощи программ трехмерного моделирования представляет непростую задачу. В таких случаях, как правило, используется расчет одиночного элемента (ячейки) массива со связанным граничным условием, в результате которого получают характеристики всего устройства. Поскольку данный метод пренебрегает краевыми эффектами, в результате расчета мы получаем приближенные значения полей в дальней зоне.

Антенная решетка и ее диаграмма направленности

В ANSYS HFSS 14.0 предложены новые способы решения задач антенных решеток, основанные на технологиях разложения области и адаптивного построения сеточной модели. Технология высокопроизводительных вычислений позволяет в сжатые сроки точно прогнозировать поведение массива ячеек антенной решетки с учетом краевых эффектов.

Меню граничных условий конечной проводимости и выбора модели шероховатости поверхности

Поверхность меди под многократным увеличением

Шероховатость поверхности проводников в СВЧ­диапазоне может оказывать влияние на потери мощности сигнала. ПО HFSS дает пользователю возможность учитывать эти влияния, но традиционным способом (модель Groisse) задавать шероховатость токоведущей поверхности не всегда удобно, поэтому ANSYS HFSS 14.0 позволяет сделать это с помощью модели Huray. В случае применения модели Huray используются три основных параметра, характеризующих шероховатость поверхности: размер одной ячейки, общее количество ячеек, рассматриваемая площадь.

Тип решения PO. Диаграмма направленности антенной системы на спутнике

Улучшения коснулись одного из основных решателей — Transient. Так, стало возможным редактирование источников возбуждения через Edit Source, а также задание временной задержки в методе TDR (Time Domain Reflectometry) для синхронизации времени нарастания. Особенно порадовало нововведение, связанное с поддержкой частотно­зависимых материалов.

Существует целый ряд задач электродинамики (определение ЭПР кораблей и самолетов, ветроэнергетических установок, любой крупногабаритной военной и гражданской техники, анализ больших рефлекторных антенн, антенных платформ, спутниковых систем и т.д.), решить которые в силу их электрических объемов методами конечных элементов (FEM) или интегральных уравнений (IE), предложенных в предыдущих релизах ПО HFSS, не представляется возможным. Поэтому в HFSS 14­й версии был введен новый решатель — PO (Physical optics — физическая оптика), представленный как опция к основному решателю HFSS­IE.

Тип решения PO. Видны «освещенная» область и область тени

Использование ГУ типа IE-Region. Две области решения — металлическая пластина и рупор с диэлектрическим шаром — анализируются в одном проекте, но не объединены одним боксом

Такое решение позволяет смоделировать экстремально крупные объекты за разумное время с использованием небольших вычислительных ресурсов, но результаты анализа будут приближенными, в силу некоторых допущений (распределение тока ищется только на «освещенной» части объекта, в области тени наведенный ток равен нулю), хотя в большинстве случаев полностью удовлетворяющими разработчика.

Еще одно новшество 14­й версии HFSS — это введение граничных условий типа IE­Region.

Объединение метода интегральных уравнений (МОМ) и метода конечных элементов (FEM) позволило напрямую решать задачи внутренней и внешней электродинамики через общие границы, поскольку это обеспечивает проведение анализа в одном проекте.

При подготовке материала использовались источники:
https://advtech.tech/software/elektronika/ansys-hfss/ansys-hfss-high-performance-computing/
https://sapr.ru/article/22945