一篇就够了：HFSS中的HPC技术全解析

1.1 并行加速技术

并行加速技术是随着计算机技术发展而不断进化演变的。基本的HPC演变路径可参考下图的描述，从桌面到工作站/服务器，再到集群/云计算。针对不同级别的应用场景，需要不同的HPC技术来支持该应用环境。

由于这里是回顾历史，所以会涉及到比较早的现在已经淘汰掉的并行技术，如MP 技术。粗略的看，HFSS的并行计算使用方式可参考下图的选择流程。

1.1.1 多线程并行技术（MP），新版本中已被HPC替代

最简单易用的并行技术，早期HFSS必配选项之一，即利用计算机的多个核心，并行求解单个任务的功能。随着技术的进步，已经被HPC取代。

1.1.2 分布式求解（DSO），新版本中已经被HPC替代

该加速技术可简单的描述为利用冗余计算机资源，同时计算多个任务，达到计算加速目的的并行加速方式。其原理可简要的用下面的图来描述。

这种加速方法在微波器件，天线单元等设计参数扫描优化，统计分析等设计空间探索方面具有非常巨大的应用空间。

该技术的更高级形式是结合设计空间探索工具，如DesignXplorer 或optiSlang 等工具，实现大规模的参数空间设计探索。

1.1.3 谱分解法

该方法自动将宽带扫频频点分配到多个处理器或计算机求解，自动生成扫频结果，可极大减少了宽带频域求解的总仿真时间。

1.1.4 域分解（DDM ）

域分解技术是HFSS求解技术的一个里程碑式的跨越，其基本思想是将子域网格分配到网络中的各个计算节点上，利用多个节点的计算资源来共同完成一个大型的计算任务。随着近十年来的技术研发，DDM技术已经形成了成熟的体系和高效的算法效能，可实现不同算法，不同算法内部的分区求解，以及特定类型的域分解求解，如针对周期结构的有限大阵列方法。

DDM技术支持多种运算平台，包括HPC平台、多计算机组网及单机多域并行求解，可显著提升求解问题规模。能够高效的利用到数量众多的处理器，全自动任务分解和负载均衡，支持迭代法/直接法混合矩阵求解技术。

至于DDM的专门技术，包括有限大阵列域分解算法，以及三维部件域分解技术，请参考第2节的对应部分，这里不再赘述。

1.1.5 瞬态激励并行 (HPC-DP )

将多个激励分布到多个节点并行求解，加快HFSS-TR瞬态求解的速度。结合 HPC-MT（多进程并行），可进一步提高速度。

1.1.6 GPU加速

该技术是利用GPU加速提升求解速度。

² FEM+GPU 加速复杂矩阵计算

² Savant (SBR+)+GPU 可提速上百倍

² TR+GPU 加速大规模问题求解

1.2 宽频带扫描

1.2.1 2013-2019 宽带频率扫描的改进

具有复杂频率响应的大型模型，用HPC 128求解。

l 2019 S参数仅求解模式，节省5倍内存

l 2019 版比HFSS 14版快4.3倍

1.2.2 ANSYS HFSS 2016 Vs 2019

以Galileo测试板为例，频率扫描加速6.2倍，总计加速2.4倍，HPC 128加速38倍。

1.3 多层级并行计算

HPC 增加层级，先分布式变量，然后再并行求解变量任务，或用新的分布式直接法矩阵求解。或者，先分布式频点，然后DDM 或新的分布式直接法矩阵求解单频点任务。

1.4 仿真云（Cloud）

ANSYS已经与云合作伙伴共同推出仿真云解决方案。