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ANSYS HFSS三维全波电磁场仿真及Wiseteam系列图形工

ANSYS HFSS三维全波电磁场仿真及Wiseteam系列图形工作站方案

ANSYS HFSS 软件是三维全波电磁场仿真的行业标准。HFSS 无与伦比的精度、先进的求解器和计算技术使得它成为高频和高速电子元件设计工程师的必备工具。
HFSS提供了诸多最先进的求解器技术,它们基于有限元、积分方程或高级混合算法,可解决非常广泛的应用问题。每种 HFSS 求解器都集成了功能强大且自动化的求解过程,因此你只需要指定几何结构、材料属性和所需结果即可。随后,HFSS 会自动生成合适、高效且精确的网格,并使用所选择的求解技术求解问题。在HFSS中,是物理定义了网格,而不是网格定义了物理。

ANSYS HFSS 经过20 多年的发展,在射频、微波、天线、高速电路等领域得到了广泛的应用,已经成为三维全波电磁场仿真的行业标准和黄金工具。为了应对快速发展的设计需求,除了仿真功能的不断扩展,HFSS  对高性能计算的支持也更加深入和广泛,不断提高仿真速度、扩展仿真规模,在ANSYS R15  中,HFSS15 高性能计算方面的改进包括:
 
有限大阵列仿真性能改进

有源阵列天线是目前新一代雷达系统的标志性核心技术,但阵列天线结构复杂、电尺寸大,电磁计算难度空前提高,针对阵列天线设计与仿真的挑战,ANSYS 公司进行了积极的探索,在HFSSv14 中,在业界首先采用区域分解法实现了有限大阵列天线的快速建模与求解,进一步地,在 HFSS15支持任意蒙版形状,支持合成激励求解的基础上,ANSYS R15 中的 HFSS15,对区域分解法进行有限大阵列仿真的算法进行了进一步改进,计算速度进一步提高,仿真规模显著扩大。
 
测试案例:准八木天线阵列的仿真
5x5阵列仿真
 仿真模型 仿真结果及求解时间和内存消耗
仿真平台:Wiseteam
系列 GE C2116-S1K6图形工作站 Xeon 12核 2.1Ghz/16GB RECC/SSD120GB+1TBsata/K600/650W

采用网络分析模式求解,HFSSv15需要 1718MB  内存,求解时间21:33, 而 HFSS15仅需 710MB  内存和4 :49 求解时间,求解速度为HFSSv15 的4 倍,而内存消耗仅为41%
 
10X10阵列仿真
利用HFSS 15,同样的Wiseteam系列 GE C2116-S1K6图形工作站,合成激励模式求解,计算时间为7:44 ,内存消耗为3071MB,工程师们也可以求解相当规模的阵列天线!
 
80x80 Vivaldi 天线阵
这个6400 单元的Vivaldi阵列天线,求解网格数达到近2000 万,未知量超过1 亿,在3 台工作站上,共20 个域并行求解,峰值内存消耗为90.7GB,求解时间3 小时20 分!HFSS15  在进行大规模有限大阵列求解中,由于算法的改进,内存消耗大大降低,求解效率显著提升,为有源相控阵天线的精确设计与仿真提供强有力的手段,从根本上改变传统的设计方法。
 
瞬态电磁场GPU 加速

GPU 有数百个处理器核,因而具有较强的浮点运算能力。在ANSYSR15中,除了流体和结构软件继续支持GPU加速,HFSS15瞬态电磁场求解可以支持GPU加速,从而显著提升瞬态电磁场问题的仿真速度

测试案例:连接器的电磁场仿真
对于这个复杂的连接器模型,运行平台为Wiseteam系列 GE C2116-S1K6图形工作站,显卡换成nvidia Tesla K20c GPU 加速卡与采用Intel 8核CPU 求解相比,在同样的HPC 许可证配置情况下,GPU 可以 获得2 倍的速度提升,与单核求解相比,速度可提升15 倍以上。
 
支持多层次并行计算  
由于HFSS 计算能力的不断提升,工程师们越来越多地依赖HFSS 进行大规模电磁场仿真,与此同时,还需要对大规模运算问题进行参数扫描分析和优化,ANSYS R15  中,HFSS15 支持多层次的并行运算,能够将多个设计变量自动分配到多个计算节点上进行,而每个计算节点 又可以作为主机,发起大规模并行计算,利用多台计算机上的多个处理器核与内存进行并行求解,从而提升大规模、多设计变量问题的仿真速度。
 
Wiseteam
系列 图形工作站并行求解
测试案例:舰载直升机天线与舰船相互作用仿真 
直升飞机在起飞过程中,安装于机尾的天线不仅会受到直升机机体和螺旋桨的影响,还会受到舰体的影响,需要通过仿真研究直升机不同高度和位置、方位以及螺旋桨不同角度下,天线方向图的变化和直升机机体、舰体以及周边的电磁场分布,需要进行多变量扫描分析,同时,每一种变量组合状态下,计算规模都相当大,利用HFSS 多层并行计算功能,能够自动完成所有这些计算。传统方法每个变量组合利用32 核并行求解,计算8 种姿态总耗时需要近15 小时,而利用多层并行计算,总耗时仅需3:39 :38,速度提升大约4 倍。

小结 
利用ANSYS R15中HFSS15  提供的先进仿真技术,结合最新的高性能计算软件和硬件,工程师们能够求解更大规模的阵列天线,快速优化和参数扫描,加快有限元/积分方程混合算法和瞬态电磁场的求解速度,高效率地实现高性能设计。
 
ANSYS HFSS 15.0推荐Wiseteam
系列图形工作站方案
类型 型号 Wiseteam系列图形工作站具体配置 售价
八路 SU S24T-S86H20K3 Xeon 80核 2.4G/1TB RECC/SSD 4TB+4.2TB阵列/K20*3 ¥599,900
四路 SU D28512-S2XD6K xeon 60核 2.8G/512G RECC/SU 24TB阵列+1TBSSD/2*K6000 ¥589,000
SU D20128-S2X6K xeon 40核 2.0G/128G RECC/SU 24TB阵列+512SSD/K6000 ¥369,900
SU D33192-S2H6K xeon 32核 3.3G/192G RECC/SU 16TB阵列+1TBSSD/K6000 ¥267,900
SU D27256-S1H4K xeon 32核 2.7G/256G RECC/SU 8TB阵列+512SSD/K4000 ¥259,900
双路 SP C30192-S2H5K Xeon 20核 3.0G/192G RECC/SU 16TB阵列+512GB SSD/K5000 ¥156,900
SP C28128-S1H5K Xeon 20核 2.8G/128G RECC/SU 8TB阵列+512SSD/K5000 ¥129,900
SP C26128-S1H4K Xeon 16核 2.6G/128G RECC/SU 8TB阵列+512SSD/K4000 ¥89,800
SP C3564-S1D2K Xeon 12核 3.5G/64G RECC/SU 4TB阵列+256GB SSD/K2000 ¥69,900
SP C2616-SA2K Xeon 16核 2.6G/16G RECC/1TB+256GSSD/K2000 ¥56,500
GE C2032-S22K xeon 16核 2.0Ghz/32GB RECC/SSD256+2TBsata/K2000/750W ¥39,990
GE C2632-S1K6 xeon 12核 2.6Ghz/32GB RECC/SSD256+2TBsata/K600/650W ¥34,900
GE C2116-S1K6 xeon 12核 2.1Ghz/16GB RECC/SSD120GB+1TBsata/K600/650W ¥29,800
 
 

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