——电磁分析的黄金标准
 

本文原刊登于semiwiki.com：《The Gold Standard for Electromagnetic Analysis》

作者：Daniel Nenni

编辑整理：褚正浩（Ansys中国高级应用工程师）

写在前面

完整的芯片-封装-系统（CPS）流程对于开发先进的半导体设备至关重要。Ansys 半导体和电子系统设计仿真解决方案，凭借其经验证的行业经验，为设计者提供了完整的芯片封装系统协同仿真方案，以确保电源完整性，信号完整性。本文将展示HFSS历经多年的改进及革新何以成为全球公认的电磁分析领域的黄金标准。

Ansys HFSS多年来一直是全球公认的电磁分析黄金标准软件。随着芯片设计量日趋庞大、涉及日趋复杂，许多用户表示他们对HFSS的黄金标准精度感到非常满意，但希望能加快运行速度。令人欣慰的是，多年来Ansys已将众多功能融入HFSS，显著缩短了总体仿真时间。

采用HFSS分析多层板的示例
 

从1997年交付的矩阵多核处理功能，到2005年的并行扫频，再到2016年的分布式内存矩阵求解器以及2020年的GPU加速，HFSS在过去20多年里一直在不断提高仿真的速度和容量。除了改进算法和提高集群计算的利用率，Ansys还简化了HFSS仿真设置的流程。从Layout导入模型自动定义了仿真的激励和边界区域。

通过自动求解设置，用户只需定义感兴趣的频率范围，然后可以用滑块来选择速度、平衡或精度。用户可以选择“速度”进行迭代和设计探索，或选择“精度”进行验证和验收。从这里开始，Auto HPC负责以最佳方式使用总CPU核心数或总机器数，包括求解器的运行。此外，HFSS还可自动将自适应解分布到所有节点上，然后利用相同的计算资源并行频率扫描。

但是，一些客户在使用HFSS求解问题的时遇到了困难。例如，一位设计112 Gbps SERDES SoC封装的用户一直在缩减设计，以求解四分之一的封装。他们多年来习惯对电磁求解采用切割的方法，以此提高效率，但是现在这其实已没有必要。利用更新后的HFSS求解器，他们尝试为同样的切割结构建模，发现HFSS 2020版本仅利用四分之一的核心数，就能将求解问题的时间减半。在求解时间缩短到仅一个小时后，他们决定在HFSS中为整个封装建模。令他们惊讶的是，求解具有184个端口、最高频率达50GHz的完整封装，只用了18个小时。

硅谷一家专业从事高速网络和通信业务的定制ASIC公司的封装设计主管称：“我们从未预料到在HFSS中能够签核这样一个大型封装设计。我们曾经尝试过在另一款近期发布的FEM求解器中求解这个大型结构，但一直没能完成分析。”

多年来，Ansys HFSS的不断更新，正在从规模和仿真时间两个方面重新定义全波电磁签核在当今芯片、封装和PCB设计挑战中的可能性。

关于Ansys CPS 解决方案

Ansys CPS（Chip+Package+System）多物理场仿真方案，包含了Redhawk/HFSS等业界黄金工具，基于CPM/CSM/CTM等独有的芯片模型，通过协同仿真考察芯片与PKG/PCB之间的耦合影响，通过电、热、结构之间的多物理场耦合仿真使得仿真精度更高，帮助设计者优化从芯片至系统的SIPI/热/结构可靠性等设计指标，此流程已经支持多家客户在先进工艺节点和大规模的2.5D/3D IC设计上成功流片。