CST工作室套裝2017簡(jiǎn)介03 - 仿真速度

來(lái)源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-26 閱讀：

這一篇就接著介紹CST工作室套裝2017，上期講到仿真的三個(gè)核心概念：精度、速度、易用性中的精度部分。這一期，我們著重展開介紹下仿真的另一個(gè)核心概念——速度。

選擇最適用的求解器

“在CST工作室套裝幫助下并通過(guò)使用高性能計(jì)算技術(shù)，我們能夠驗(yàn)證RF通信要求，為宇宙飛船上的各個(gè)單元和儀器確立合理的EMC要求。

ChristianImhof博士，空中客車國(guó)防與航天公司衛(wèi)星產(chǎn)品部

如欲閱讀空中客車國(guó)防與航天公司(AirbusDefence& Space)的成功案例，敬請(qǐng)?jiān)L問：www.cst.com/MPO2017

仿真的速度問題，首先一定與求解器的算法息息相關(guān)。CST 工作室套裝中提供的求解器類型非常多。

高頻

時(shí)域求解器–一般用途
頻域求解器–一般用途
積分方程求解器–電大結(jié)構(gòu)、雷達(dá)散射截面積(RCS)
高頻漸進(jìn)求解器–裝載性能、 RCS
本征模求解器–諧振腔體
多層平面求解器 –平面結(jié)構(gòu)
平面濾波器模塊–RF濾波器分析與綜合
三維濾波器模塊–交叉耦合濾波器分析與綜合

低頻

靜電與靜磁求解器——快速靜態(tài)仿真
穩(wěn)恒電流求解器– DC應(yīng)用
低頻時(shí)域求解器 – 非線性材料，瞬態(tài)效應(yīng)
低頻頻域求解器 –渦流、位移電流

EDA

PEEC求解器 – 局部等效電路提取
傳輸線求解器 – 信號(hào)完整性
3D FEFD求解器 – 電源完整性
CST 規(guī)則檢查(BOARDCHECK)– PCB上的電磁兼容(EMC)與信號(hào)完整性(SI)

粒子動(dòng)力學(xué)

粒子跟蹤求解器– 低能粒子、電子槍
自洽互作用(PIC)求解器– 高能粒子、RF器件
尾場(chǎng)求解器 – 加速器組件

多物理場(chǎng)

熱求解器–電磁加熱、生物熱傳導(dǎo)、電子冷卻
結(jié)構(gòu)應(yīng)力求解器 – 熱膨脹、熱變形

EMC

傳輸線矩陣(TLM)求解器 – 一般用途、EMC
CST電纜工作室– 線束仿真
射頻干擾模塊– RF干擾分析
規(guī)則檢查– PCB上的電磁兼容和信號(hào)完整性

優(yōu)異仿真性能是速度與精度的結(jié)合，能讓用戶迅速獲得有用的結(jié)果。一個(gè)能在某種類型的模型上高效率工作的求解器可能對(duì)于另一個(gè)類型的模型就變成了糟糕的選擇。為此CST工作室套裝提供多種不同類型的求解器。通過(guò)完備的求解技術(shù)，CST為所有電磁問題提供適用的解決方案，覆蓋的頻率范圍從DC到光學(xué)頻段，模型尺寸規(guī)模從納米級(jí)到超電大。

使用時(shí)域求解器仿真工作在2.45GHz的WI-FI天線在公交車內(nèi)電場(chǎng)分布。

例如積分方程求解器和高頻漸進(jìn)求解器極為適用于天線裝載和雷達(dá)散射截面積(RCS)等問題，此時(shí)的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度相當(dāng)于數(shù)百或數(shù)千波長(zhǎng)。而對(duì)于那些電小的、諧振結(jié)構(gòu)，使用本征模求解器或頻域快速諧振求解器能以更高的效率進(jìn)行仿真，這些求解器被專門設(shè)計(jì)用于諸如濾波器和加速器腔體等諧振結(jié)構(gòu)的仿真分析。

使用MLFMM積分方程求解器仿真某低增益天線的輻射方向圖，能清晰的顯示出來(lái)自高增益天線的遮擋。

許多系統(tǒng)包含多個(gè)組件，每個(gè)組件都有不同的最適用的求解器。在這種情況下，系統(tǒng)裝配與建模(SAM)功能能用于將系統(tǒng)細(xì)分為多個(gè)更小的模型，隨后每個(gè)模型都能使用合適的求解器進(jìn)行仿真，每個(gè)階段計(jì)算求得的場(chǎng)都能自動(dòng)地傳輸給下一階段。

宇宙飛船天線布置：BepiColmobo水星行星軌道飛行器仿真模型，低增益天線用場(chǎng)源（紅色）表示

高性能計(jì)算和云計(jì)算

“GPU計(jì)算能幫助我們開展一些之前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜仿真?！?/em>

作者：SelexES，MattFuller

CST提供大量基于硬件的仿真加速選項(xiàng)，例如多線程并行、硬件加速、MPI集群計(jì)算和分布式計(jì)算。這些加速選項(xiàng)可用于提高仿真速度，仿真更大型、更復(fù)雜的模型，或是將任務(wù)在網(wǎng)絡(luò)或集群的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行分配。這些高性能計(jì)算(HPC)方法幾乎可用于所有類型的應(yīng)用和硬件配置，從獨(dú)立單臺(tái)工作站到企業(yè)級(jí)集群均可使用。

因?yàn)楦咝阅苡布枰罅客顿Y，我們的硬件專家能隨時(shí)為考慮購(gòu)買或升級(jí)HPC系統(tǒng)的用戶提供建議，并幫助審查硬件配置。CST與硬件廠商測(cè)試中心合作提供基準(zhǔn)測(cè)試服務(wù)，幫助確保CST工作室套裝能在客戶選定的硬件配置上高性能運(yùn)行。

為最大化投資效益同時(shí)簡(jiǎn)化為給定仿真模型選擇最高效加速解決方案的工作，CST使用加速口令許可方案。這樣能夠便捷的選取和組合使用豐富多樣的高性能計(jì)算選項(xiàng)，便于混合使用和匹配加速方法

對(duì)于有高要求的小企業(yè)，CST工作室套裝還能在云端運(yùn)行。通過(guò)云計(jì)算，模型能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)安全地傳輸給HPC計(jì)算提供商，使用他們的硬件開展計(jì)算。這意味著偶爾需要運(yùn)行高要求仿真的用戶無(wú)需安裝和維護(hù)專用硬件的成本就能用使用HPC。

HPC選項(xiàng)：CST工作室套裝中提供的部分的HPC組合。所有這些HPC組合都能通過(guò)本地硬件或通過(guò)云計(jì)算進(jìn)行訪問。不同的求解器支持不同的HPC方法。

自動(dòng)優(yōu)化

即便是在最簡(jiǎn)單的器件中，影響器件性能的變量的數(shù)量也可能大得驚人。優(yōu)化功能可自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試這些變量的過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)找到一組滿足設(shè)計(jì)要求的值。所有CST工作室套裝模塊中內(nèi)嵌的優(yōu)化器均可用于任何參數(shù)優(yōu)化，包括模型的幾何結(jié)構(gòu)、材料的屬性和激勵(lì)的波形。

CST工作室套裝包含局部和全局優(yōu)化器。局部?jī)?yōu)化器搜索貼近初始值的參數(shù)空間——能夠快速細(xì)調(diào)一個(gè)接近最優(yōu)的模型。而全局優(yōu)化器會(huì)搜索整個(gè)參數(shù)空間，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)和初始值距離理想值偏離較大的模型，這種優(yōu)化器的效率較高。

天線優(yōu)化：一個(gè)微帶天線陣列被優(yōu)化用于改善WLAN頻段內(nèi)的傳輸性能，優(yōu)化前（左）和優(yōu)化后（右）。

信頼域(TrustRegion Framework)優(yōu)化器能充分發(fā)揮敏感度信息的作用。這樣便于快速分析小幅改動(dòng)給模型造成的影響，從而顯著地加快優(yōu)化速度。此外，敏感度還能用于開展良品率分析，只需要仿真一次就能快速計(jì)算加工容差對(duì)器件性能的影響。對(duì)PCB而言，帕累托前沿（Pareto front）優(yōu)化能用于優(yōu)化退耦電容器的布置，在保持性能的同時(shí)簡(jiǎn)化物料清單。