導讀：Cadence公司在2019年推出 Clarity 3D Solver場求解器，正式進軍快速增長的系統級分析和設計市場。與傳統的三維場求解器相比，Cadence Clarity 3D Solver場求解器在精度達到黃金標準的同時，擁有高達10倍的仿真性能和近乎無限的處理能力。得益于最先進的分布式并行計算技術，Clarity 3D 場求解器有效地解決了芯片、封裝、PCB、接插件和電纜設計等復雜的3D結構設計中的電磁(EM)挑戰，為任何擁有桌面電腦、高性能計算(HPC)或云計算資源的工程師提供真正的3D分析支持。Clarity 3D 場求解器可以輕松讀取所有標準芯片、IC封裝和PCB設計實現平臺的數據，同時為使用Cadence Allegro 和Virtuoso 設計實現平臺的團隊提供專屬集成優勢。

一、關于Clarity 3D Solver

基于有限元電磁場的商業軟件，通常包括三個仿真階段：初始化網格、網格迭代、頻率掃描。傳統的并行計算僅僅會在頻率掃描階段，將多個頻點分配到不同的計算機節點上。但是在求解每一個頻點時，仿真時間并沒有減少而且仍然需要很大的內存。并且，對于復雜的電磁結構仿真，傳統的軟件很難在仿真之前預測所需要的內存，因此經常會在仿真進程過半后由于內存不足而終止仿真，浪費前期的所有工作。

Clarity 3D Solver 采用了全新的分布式計算平臺以及突破性的網格和矩陣分解技術，在初始化網格、網格迭代以及頻率掃描三個階段都支持多機并行的分布式計算。

二、分布式網格劃分

Clarity 3D Solver 2022版本新增了分布式網格劃分算法，進一步發展了其先進的網格劃分技術，包括基于層結構的 LMesh 和任意三維結構的XMesh 兩種方法。這兩種技術都能將初始網格處理速度提高 10 倍以上，意味著大幅減少的仿真運行時間。

1、Xmesh - 大規模分布式并行網格劃分技術

初始網格和自適應網格都支持多機分布式并行處理

不損失準確性，但模擬結果比沒有并行網格劃分時的 Clarity 版本快 3 倍

新的3D網格劃分技術無需用戶提供額外輸入并且更加穩定

2、Lmesh – 基于層結構的大規模分布式并行網格劃分技術

超快速預處理

前所未有的網格生成成功率(自動修復)

初始網格和自適應網格都支持多機分布式并行處理

對于復雜的布局設計，甚至比 XMesh 更快

僅在 Clarity 3D Layout 中可用

新的3D網格劃分技術無需用戶提供額外輸入并且更加穩定

三、網格迭代和頻率掃描

區別于傳統的直接求解完整有限元矩陣，Clarity 3D Solver 采用了先進的矩陣分解技術,能夠在多個較小內存的機器群組上完成復雜電磁結構仿真。Clarity 3D Solver的并行分布式技術特點如下：

1、沒有任何精度的損失

2、幾乎無限的容量，即使只有一臺32核/256GB內存的電腦，也可以仿真幾千萬網格規模，而不會出現內存不足的問題

3、強大的可擴展性。對于復雜設計， 通過增加計算機CPU資源來達到幾乎線性的仿真效率提高

4、充分利用已有機器。可以利用增加多個32G內存機器來加速大規模電磁仿真

總結

四、成功案例

案例1：2個倒裝芯片封裝安裝在6層PCB的仿真

從結果對比來看，除效率有了明顯的提升之外，精度方面，在0-20GHz、回波損耗和插入損耗上，Clarity 3D Solver的結果和第三方軟件都有很好的吻合。

案例2：HBM InFO 3D Modeling

這是一個擁有兩個芯片(SOC芯片和HBM芯片)的4 層晶圓級封裝結構，線寬和線間距都是2um。仿真包含了128根信號和2個電源以及一個地網絡，總共有868個端口。對于傳統的仿真工具而言，這一創新型的封裝結構過于復雜，難以在較短時間內準確仿真。

Clarity 3D Solver 利用128 CPU以及每個CPU配置的8G內存機器，在此配置下7. 2小時完成了仿真。由于無需拆分設計，既保證了仿真結果的精準度又大幅減少了仿真運行時間，這是其他電磁場軟件達不到的效果。

審核編輯：湯梓紅