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[综合] 史上最全电磁仿真(HFSS、CST、FEKO)时域、频域精准配置推荐

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发表于 2018-5-16 10:40:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 陕西西安
上一篇发错地方了
一.电磁仿真计算特点与硬件配置分析

电磁仿真广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域,从毫米波电路、射频电路封装设计验证,到混合集成电路、PCB板、无源板级器件、RFIC/MMIC设计,天线设计,微波腔体、衰减器、微波转接头、波导录波器等设计等。

                              
1.1 电磁仿真算法分类、计算特点

计算电磁学(CEM)方法大致可分为2类:精确算法和高频近似方法。
(1)全波精确计算法
包括差分法(FDTD,FDFD)、有限元(FEM)、矩量法(MoM)以及基于矩量法的快速算法(如快速多极子FMM和多层快速多极子MLFMA)等,其中,在解决大目标电磁问题中最有效的方法为多层快速多极子方法。

(2)高频近似方法
一般可归作2类:一类基于射线光学,包括几何光学(GO)、几何绕射理论(GTD)以及在GTD 基础上发展起来的一致性绕射理论(UTD)等;另一类基于波前光学,包括物理光学(PO)、物理绕射理论(PTD)、等效电磁流方法(MEC)以及增量长度绕射系数法(ILDC)等。
   

  
算法计算特点汇总如下
  
NO
  
关键项
时域算法
频域算法
  
1
  
主要算法
时域有限差分
  
FDTD
时域有限积分
  
FIT
有限元
  
FEM
矩量法
  
MOM
  
2
  
典型软件
EMPIRE XPU
  
XFDTD
  
EMPro
CST
HFSS
  
EMPro
  
JMAG
  
FLU
FEKO
  
Momentum
  
Sonnet
  
3
  
计算特点
线性加速比高、高度多线程,
  
支持多核CPU
  
支持大型GPU
  
内存要求不高
  
回写很少
多线程,线性加速有限
  
支持多核CPU并行求解
  
内存要求高
  
回写有
  

小结
1.时域算法,属于显式算法,传统的CPU多核加速比好,核数越多计算越快,此外,并行度高,支持GPU加速计算,注意大部分求解器对GPU要求是双精度计算为主,也就是说需要用双精度性能高的GPU卡。
2.频域算法,属于隐式算法,支持多核并行计算,但核数并行计算有限,不支持GPU计算,提升性能的手段,就是提升CPU的频率,足够大的内存,值得注意当内存非常大的时候(超过192GB),硬盘io性能非常关键。

1.2 对并行计算求解过程分析
如何配置CPU要根据求解过程和算法特点,尤其要了解时域、频域两大算法特点紧密结合,这样才能更高效更合理,从并行求解流程图看,循环计算过程是单核和多核交叉过程。


上图可以看出,CPU选型非常重要,CPU睿频足够高,大幅缩短【阶段1】求解时间,和整机足够核数+高频运行,大幅缩短【阶段2】的求解器解算时间
常规工作站卖家,提供的机器往往多核忽视了睿频的重要性,整个计算过程效率非常低。

因此 硬件配置注意:
1.如果是时域算法为主,例如 FDTD、FIT求解器,由于并行度高,工作站配置尽量多核,可显著提升求解速度,同时注意阶段1睿频高的处理器更快,如果是以GPU计算为主,可以配置CPU频率高,核数少的,这样整个过程显著提升。
2.如果是隐式算法为主,例如 FEM,MOM求解器,由于并行度有限,一定要睿频尽可能高,同时保证足够的核数的并行,这样整个求解过程无死角瓶颈。
3.如果是多种算法并用,CPU要足够核数与高睿频之间选择一个兼顾的规格,三种应用(时域算法、频域算法、混合算法)都均能确保工作站硬件计算性能最大化。

考虑到上述计算特点,CPU的选择对整个求解过程极其重要,下面是最新上市的intel Xeon Schalable(可扩展)处理器多种规格,UltraLAB选型分析:

1.3 CEM求解规模与硬件配置推荐
a)基于时域算法硬件配置参考(CPU类)
  
NO
  
分类
规模划分
核数
全核频率
睿频
内存
并行存储
  
1
  
小规模 
<50倍波长
14
4.6GHz
4.6GHz
32GB
 
18
4.5GHz
4.5GHz
64GB
 
  
2
  
中等规模 
50~100倍波长
36
3.1GHz
3.7GHz
64GB
 
40
3.1GHz
3.7GHz
96GB
 
  
3
  
大规模 
100~200倍波长
48
3.5GHz
3.7GHz
96GB
56
3.3GHz
3.8GHz
192GB
13*4TB
  
4
  
超大规模
>200倍波长
96
2.8GHz
3.3GHz
512GB
13*4TB

b)基于频域算法硬件配置参考
  
NO
  
分类
规模划分
核数
全核频率
睿频
内存
并行存储
  
1 
  
小规模
<20万网格(</100万未知量)
14核 
4.6GHz
4.6GHz
64GB
 
 
20万~80万网格(100~400万未知量)
18核 
4.5GHz
4.5GHz
96GB
 
 
  
2
  
中等规模
80万~200万网格(400万~1000万未知量)
24
4GHz
4.2GHz
96GB
 
 
200万~500万网格
36
3.7GHz
3.7GHz
192GB
8*4TB
(1000万~2500万未知量)
  
3
  
大规模
500万~1000万网格(2500万~5000万未知量)
48
3.5GHz
3.7GHz
256GB
10*4TB
  
4
  
超大规模
1000万~2000万网格 (5000万~1亿未知量)
56
3.3GHz
3.8GHz
384GB
13*4TB
  
5
  
超大规模
>2000万网格(>1亿个未知量)
集群18*6
  
=108
4.4GHz
4.4GHz
64GB
并行存储

c)基于超大规模时域算法求解GPU选型

  
如果以GPU求解为为主,可选的GPU卡参考下表
  
No
  
型号
显存(MB)
CUDA
显存带宽(GBs)
浮点计算指标TFlops -单精度
浮点计算指标TFlops -双精度
散热
  
1
  
Tesla V100
16GB HBM2
5120
900
14.90
7.45
服务器
  
2
  
Tesla P100
16GB HBM2
3584
721
9.52
4.76
服务器
  
3
  
Tesla P100
12GB HBM2
3584
721
9.52
4.73
服务器
  
4
  
Quadro GV100
32GB
5120
870
14.85
7.42
主动式
  
5
  
Quadro GP100
16GB HBM2
3584
717
10.25
5.13
主动式
  
6
  
Quadro K6000
12GB
2880
288
5.18
1.73
主动式
  
7
  
Quadro K5200
8GB
2304
192
3.07
1.03
主动式

二.基于电磁仿真计算的机型介绍
以ultralab定制图形工作站为例

2.1 极速图形工作站H490
   
配置特点:
(1)CPU具有高频率,适合中小规模时域与频域求解
  6核5.0GHz,8~10核4.8GHz,12~14核4.6GHz,16~18核4.4GHz
(2)GPU 支持双GPU架构超算
显著优势:
和市场上单路cpu架构的工作站(单Xeon E5v4,单Xeon W-2100系列,单Xeon Schalable系列)相比,拥有超高频率,在多核并行计算(特别是频域求解),性能出众

2.2 高性能计算工作站EX620

  
配置特点:
CPU 支持双Xeon Schalable(可扩展)处理器,拥有更高频率和更低延迟,适合中大规模时域与频域求解
提供规格:
24核*4GHz/4.2GHz
36核3.7GHz/3.7GHz
40核3.1GHz/3.7GHz
48核*3.5GHz/3.7GHz
56核*3.3GHz/3.8GHz
GPU 支持双GPU架构超算
显著优势:
和市场上常规双路cpu工作站(双Xeon E5v4,双Xeon Schalable系列)相比,拥有更高频率,多核并行计算(时域、频域算法),定位精准高效,显式计算(EX620i)、显式隐式计算通吃(EX620)

2.3 超大规模仿真计算机型Alpha720

  
配置特点:
CPU 支持4颗Xeon E7v4处理器(最高到96核),拥有更高频率和更低延迟,适合超大规模时域算法求解
提供规格:72核2.8GHz,96核2.7GHz
GPU 支持双GPU架构超算
显著优势:时域求解(CPU计算架构)工作站

2.4 图灵超算工作站GX490M或GX620M
   

GX490M配置特点:
CPU 具有高频率,适合中小规模时域与频域求
提供规格:10核4.8GHz,12~14核4.6GHz,16~18核4.4GHz
GPU 支持7块双槽GPU卡

GX620M配置特点:
CPU 支持双Xeon Schalable(可扩展)处理器,拥有更高频率和更低延迟,中大规模时域与频域求解,发挥极致性能
提供规格:24核4GHz,36核3.7GHz,40核3.1GHz,48核3.5GHz,56核3.3GHz
GPU 支持9块双槽GPU卡

显著优势:基于办公环境(静音级)GPU超算性能时域求解计算系统,同时兼顾频域隐式算法

另外还有分布式集群计算配置方案,详询微信/QQ596349281

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