采访 | Ansys HFSS 新功能Mesh Fusion背后的故事

本文原刊登于Signal Integrity Journal杂志：《Ansys Interview: More on HFSS Mesh Fusion》 

作者：Janine Love

编辑整理：张旭（Ansys中国高频产品线高级应用工程师）

Signal Integrity Journal（以下简称SIJ）：请介绍一下HFSS Mesh Fusion的理念从何而来？

Matt Commens （以下简称MC）：在5G和自动驾驶等新兴技术的推动下，我们需要更高的数据传输速度和频率，以及更紧凑的尺寸，这就意味着采用割裂的组件建模系统设计方法无法达到关键组件之间的电磁耦合精度要求，此前各版本在这方面也都忽略了此类问题。

工程师希望了解组件之间的电磁耦合问题时，系统-电磁的仿真需求应运而生。如芯片到封装、PCB和连接器、或者飞机上大规模的Ku波段卫星天线阵列布局等。虽然在HFSS网格融合功能问世之前也可以开展此类仿真，但由于系统CAD模型的复杂性以及系统几何结构尺度上的巨大跨度，生成有限元网格（FEM）极具挑战性。

SIJ：开发它花费了多长时间？

MC：我们花费了数年时间将CAD专利、网格划分技术和求解器技术整合至紧密集成的FEM仿真流程中。

SIJ: 该产品介绍显示：“HFSS网格融合功能在复杂电磁系统的组件级模型分别应用最优的网格剖分方法，并可跨核心、集群或在Ansys® Cloud™中运行，突破了以往诸多瓶颈” 。请问能否介绍一下这种网格划分功能的技术细节？它与其他电磁系统仿真产品有何不同？

MC：如果不能对这种电磁-系统进行仿真，那么设计规则可能会对系统性能带来不利影响，难以确保系统的正常运行。借助HFSS网格融合功能实现了电磁-系统仿真，以打破设计规则，工程师能真正探索设计极限，从而构建最佳解决方案。

就最优网格剖分方法而言，不同的网格划分方法在不同的CAD模型中表现各有优劣。“特定CAD类型网格划分” 的示例是层叠结构类模型，如PCB、IC和IC封装，在这些层叠结构模型中，预先了解如何将这些组件设计为堆叠的2D层叠结构，可以加快和优化网格划分过程。

在HFSS网格融合功能推出之前，我们的模式是整个模型采用统一的网格划分方法，而在一个包含多种CAD类型的电磁系统中，这种模式生成网格面临极大的挑战。采用HFSS网格融合功能，可以将局部最优的网格技术应用至组件。因此，例如，在带有连接器和线缆的PCB示例中，可将特定的网格剖分方法分别应用到每个组件中，以最佳地解决它们独特的CAD类型。

另外，弄清楚网格融合的并行网格划分特征，有助于我们更深刻的理解该功能。系统的各个组件在最初单独进行网格划分，然后通过求解器合并到一起，形成一个不受影响的、全耦合的电磁解决方案。在单独生成初始网格阶段还可利用HPC和云资源进行加速。接着，HFSS求解器可以采用多核、多处理器和多节点来并行求解全耦合电磁系统，包括采用自适应网格划分来提高精度以及采用标准的HPC技术。

SIJ：发布HFSS网格融合功能有哪些技术或市场方面的挑战？从IC到PCB、连接器，再到天线，你们是如何 “整合” 这些技术的?

MC：求解器算法是一个重大的技术突破，它既可以生成和求解全耦合电磁系统矩阵，还可以解决规模更大的设计问题，HFSS网格融合功能简化了设计流程。如果要说市场挑战，那就是知名度的问题，在许多情况下，工程师实际上并没有意识到甚至不相信我们的解决方案现在能做到这种程度。

SIJ：能否针对这款产品的新功能具体介绍一个应用实例或客户案例研究？与之前的功能相比，它具体能帮助设计人员节省多少时间呢？

MC：我们有一个具体的案例，一家消费类电子客户需要就其一款新产品开展EMI/EMC仿真。现在，事实证明EMI/EMC仿真是一个真正受益于HFSS网格融合功能的特定应用场景，因为该应用通常在其最复杂的设计阶段应用仿真，特别是在系统装配和设计的收尾阶段。

该客户的产品（上图）是一个触摸显示器，它由许多薄层介质和导体组成，其中包括触摸面板的电容传感器阵列。客户采用EMI/EMC测试暗室的完整模型来对显示器外壳内的触摸面板以及暗室中的EMI测试天线进行仿真。因为无法对如此复杂的模型生成初始网格，如果没有HFSS网格融合功能，几乎无法对这个问题进行求解。借助HFSS网格融合功能，首次仿真即可成功。因此，我们帮助客户节约了大量时间，这也说明HFSS网格融合功能可完成此前认为不可能实现的仿真。

SIJ：工程师开展上述工作需要Ansys哪些软件工具呢？

MC：只需要HFSS就能实现。另外，由于HFSS网格融合功能主要用于解决大型复杂问题，因此我们可利用产品HPC的功能，从而支持更多内核和网络节点以更快地解决问题。此外，不到两年的时间内，我们已经在微软 Azure支持的Ansys Cloud上成功部署了HFSS，从而给工程师提供了按需访问额外硬件的机会，助力他们采用为解决设计难题而推出的HFSS网格融合功能来应对更困难的设计挑战。

Janine Love担任《信号完整性杂志》的编辑，与编辑人员和咨询委员会展开密切合作，为读者提供数字、视频和印刷形式的高质量技术内容。此外，她还担任EDI CON技术项目总监和《微波杂志》的特约编辑。