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ANSYS HFSS 2023 R1新功能

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王华明
上海安世亚太

ANSYS HFSS 2023 R1版本在工作流程、前处理和并行求解方面的进行了改善和提升,使电磁仿真功能更全面、流程更高效。本文将围绕HFSS 2023 R1版本新增的几个核心性能和功能提升进行初步介绍。

 

Layout组件工作流改进

支持在HFSS 3D Layout快速布置对HFSS 3D中的组件,从而实现对复杂装配体的支持。用户现在可以在Layout中使用参考坐标系进行组件的放置,并可对组件边界框和端口进行调用和处理。同时,支持对其中的HFSS 3D组件进行原始设计的修改。这些便利使得用户可以在几分钟内实现复杂装配仿真模型的搭建,大大提高了建模的效率。如下所示为具有29个组件的Layout仿真分析:

1 最终装配体模型及仿真效果  

2 装配体中的组件列表  

阵列3D组件的并行自适应剖分

在前面的版本中,HFSS以串行的方式剖分3D组件,其效率相对较低。在新版本中,在3D组件剖分方面进行了质的提升,采用了并行剖分,极大提高了模型的前处理效率。如下为带馈电结构的16x16天线阵,其中含有26类独立组件,总计432个组件:  

3 带馈电结构的天线阵列仿真  

通过比对可以看到其加速了42%。  

1 加速效果对比

Delta S      

# of passes      

12 Core Adaptive Mesh      

Sequential

Parallel

0.02

5

3:31

2:29

用于网格融合的迭代求解器      

     

在HFSS 2023 R1版本中,针对网格融合加入了迭代求解器,其在降低内存消耗和求解速度上都得到极大提升。如下为基于网格融合技术的反射面天线,在直接求解和迭代求解中,两者求解结果完全一致(即采用迭代求解没有精度损失),同时内存消耗减低了54%、求解速度提高了42%。

4采用迭代器求解器的反射面天线  

2 求解效率对比  

32 cores - Mesh fusion 2 domains      

direct

iterative

00:49:31

113  GB

00:29:07

52.1  GB

改进的HPC性能

针对网格融合求解器进行了加速优化,实现3D组件阵列的多节点分布矩阵快速组装和场恢复,同时提升了分布矩阵求解性能。对于超大阵列迭代求解器同样进行了提升,其有效降低了迭代次数,大大提升了求解速度,为阵列天线设计人员提供了有力的设计工具。如下为大型阵列天线采用新旧版本进行仿真时的效果对比,可以看到新版本减少了24%的内存需求,并获得了25%的速度提升。  

5 大型天线阵列仿真  

3 求解效率对比  

Ver      

# iter

1 machine 16 cores      

22.2

29.9

03:08:59

171GB

23.1

21.3

02:22:03

131GB

如下为复杂电路板的直接求解,基于AMD CPU和数学库加速提高了44%-82%的求解效率。

6 复杂电路板仿真模型

4 求解速度对比  

Num Cores      

Without AMD lib

With AMD lib      

0:17:46

0:09:45  (1.82x)

16

0:11:04

0:06:59  (1.58x)

32

0:08:13

0:05:42  (1.44x)

其他

1、宽带波端口的快速扫描

针对HFSS 3D Layout中信号分析的宽带问题,在本次版本更新中对其中的低频部分进行了稳定性改进和性能提升,大大提高了宽带扫描的效率。如图所示为四端口激励下的宽带波端口快速扫描,其仿真结果与插值扫描相同,但效率提升了4.7倍。  

7 仿真模型和仿真结果对比  

5 计算速率比对  

32 cores – Frequency sweep      

Interpolating

Broadband  fast

00:15:02

00:03:10

2、自适应时间步进算法

基于多级时间步长控制算法,使用Newton迭代次数作为非线性的指示,减少线性部分的时间步数,增加弱/中等非线性段的时间步数。从而减少总的时间步数,降低Newton迭代次数、缩短仿真时间。  

8 时间步控制对比  

6 时间步控制效应示例  

总结

除了上述功能之外,ANSYS HFSS 2023 R1在模式端口应用、等离子体仿真、SBR+等方面也有重要的改进,本文不再一一详述,这些功能改进无疑带来了更全面的性能、更高效的仿真流程和更强的可靠性。

来源:安世亚太
HFSSHPC非线性电路控制ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-05-11
最近编辑:1年前
安世亚太
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