克服5G設計模擬挑戰 模擬求解器出新招

2020-03-31
3GPP在5G系統規範中導入了毫米波通訊、大規模MIMO等新的射頻技術,使得5G產業鏈的上下游均面臨極大的技術挑戰。在開發5G應用產品的過程中,研發團隊花在電磁波模擬工具上的時間大幅增加。若要加快模擬速度,又能確保模擬結果的真實度,模擬求解器需要有新的對策。
士盟科技應用工程師謝佳致表示,不同求解器各有不同的優勢跟限制,所以模擬軟體內建多求解器已經是趨勢。

士盟科技應用工程師謝佳致表示,在電磁模擬的求解器上,沒有最好的求解器,只有最適合的求解器,所以多求解器已經是模擬軟體發展的趨勢。使用有限元素法的頻域求解器,是目前公認精準度最高的求解器,除了非線性材料,這種求解器幾乎沒有物理上的建模限制。但由於該求解器的矩陣尺寸是三維網格數的平方倍,因此在電尺度放大的情況下,頻域求解器的運算量將會暴增。

為解決運算量問題,目前業界已發展出其他替代方案,例如採取表面網格的矩量法或光學彈跳法,但這些方法都有數學上的預設條件跟應用限制。達梭系統(Dassault Systèmes)的CST則提供特有的時域積分法求解器給用戶選擇。時域法是利用馬克斯威爾(Maxwell)方程式中,電場與磁場兩個旋度聯立方程的特性所發展出的演算法,它使電場與磁場的網格形成交錯式排列,然後在時間差分上以交錯疊代運算的方式去演算。

這種演算法最大的優勢有兩個,第一個是可用一個寬頻的高斯波束在一次計算中,利用離散傅立葉積分解出大範圍頻域點的場域資料與S參數,實現寬頻求解。第二個是平行化優勢,因為時域求解器是高度可平行化的演算法,CST早在NVIDIA推出顯卡加速的初期,就將GPU加速擺在最優先。這使得CST除了頻域求解器外,幾乎都有支援顯卡加速的方案。

除了平行運算的優勢外,CST的研發核心策略是SAM(System Assembly and Modeling),讓使用者可以進行系統級的研發方案。最特別的一個應用場景是,模組公司可將其CST 3D模型包裝成一個組件,給另一家系統整合公司進行模擬測試。以往系統整合商只能請模組商提供各別測試品,實際組裝後進行測試,CST已考慮到如何讓客戶在SAM架構下,也能進行系統模擬測試。
 

 

 

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