CST工作室套裝2017簡介03 - 仿真速度

來源：CST仿真專家之路更新時間：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使用高性能計算技術，我們能夠驗證RF通信要求，為宇宙飛船上的各個單元和儀器確立合理的EMC要求。

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

如欲閱讀空中客車國防與航天公司(AirbusDefence& Space)的成功案例，敬請訪問：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。CST 工作室套裝中提供的求解器類型非常多。

高頻

時域求解器–一般用途
頻域求解器–一般用途
積分方程求解器–電大結構、雷達散射截面積(RCS)
高頻漸進求解器–裝載性能、 RCS
本征模求解器–諧振腔體
多層平面求解器 –平面結構
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應用
低頻時域求解器 – 非線性材料，瞬態(tài)效應
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)與信號完整性(SI)

粒子動力學

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
尾場求解器 – 加速器組件

多物理場

熱求解器–電磁加熱、生物熱傳導、電子冷卻
結構應力求解器 – 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完整性

優(yōu)異仿真性能是速度與精度的結合，能讓用戶迅速獲得有用的結果。一個能在某種類型的模型上高效率工作的求解器可能對于另一個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。通過完備的求解技術，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到光學頻段，模型尺寸規(guī)模從納米級到超電大。

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

例如積分方程求解器和高頻漸進求解器極為適用于天線裝載和雷達散射截面積(RCS)等問題，此時的結構的長度相當于數(shù)百或數(shù)千波長。而對于那些電小的、諧振結構，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行仿真，這些求解器被專門設計用于諸如濾波器和加速器腔體等諧振結構的仿真分析。

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

許多系統(tǒng)包含多個組件，每個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)細分為多個更小的模型，隨后每個模型都能使用合適的求解器進行仿真，每個階段計算求得的場都能自動地傳輸給下一階段。

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

高性能計算和云計算

“GPU計算能幫助我們開展一些之前無法實現(xiàn)的復雜仿真。”

作者：SelexES，MattFuller

CST提供大量基于硬件的仿真加速選項，例如多線程并行、硬件加速、MPI集群計算和分布式計算。這些加速選項可用于提高仿真速度，仿真更大型、更復雜的模型，或是將任務在網(wǎng)絡或集群的多個節(jié)點上進行分配。這些高性能計算(HPC)方法幾乎可用于所有類型的應用和硬件配置，從獨立單臺工作站到企業(yè)級集群均可使用。

因為高性能硬件需要大量投資，我們的硬件專家能隨時為考慮購買或升級HPC系統(tǒng)的用戶提供建議，并幫助審查硬件配置。CST與硬件廠商測試中心合作提供基準測試服務，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行。

為最大化投資效益同時簡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算選項，便于混合使用和匹配加速方法

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

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

自動優(yōu)化

即便是在最簡單的器件中，影響器件性能的變量的數(shù)量也可能大得驚人。優(yōu)化功能可自動運行調(diào)試這些變量的過程，最終實現(xiàn)找到一組滿足設計要求的值。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，包括模型的幾何結構、材料的屬性和激勵的波形。

CST工作室套裝包含局部和全局優(yōu)化器。局部優(yōu)化器搜索貼近初始值的參數(shù)空間——能夠快速細調(diào)一個接近最優(yōu)的模型。而全局優(yōu)化器會搜索整個參數(shù)空間，對于復雜結構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算加工容差對器件性能的影響。對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，在保持性能的同時簡化物料清單。