万博Ansys和EMA帮助英特尔实现不可能:整个服务器的EMI模拟

电磁干扰(EMI)一直是电子产品开发人员面临的一个挑战，但随着半导体几何尺寸缩小到5nm甚至更小，以及组件之间的紧密结合和时钟周期速度的降低，这一问题变得越来越困难。万博网另一个障碍是，许多公司都在努力消除大多数原型制作步骤，并在生产线上获得首次成功。

解决这些挑战对于像英特尔这样的公司尤其重要，作为计算机技术的领导者，他们不能因为EMI挑战而耽搁。因此，在2020年，他们设定了一个目标，即同时模拟整个服务器的电磁特性，并让首席工程师迈克尔·莱德格(Michael Leddige)和信号完整性工程师塞萨尔·门德斯-鲁伊斯(Cesar Mendez-Ruiz)负责该项目。

“不像信号完整性，你可以把你的问题切成小块，分析它们，然后把所有的小块粘在一起，EMI本质上是一个系统级的问题，”门德斯-鲁伊斯说。“因为它可以由任何东西引起——集成电路内部的硅电路，这是发生在纳米级的事情;包装或散热片;或者更大的问题，比如电路中设计不良的电压，将所有能量注入电源平面，然后辐射到各处。”

将模拟进行测试

模拟一台平板电脑或笔记本电脑已经足够具有挑战性，但英特尔处理的是巨大的服务器，高达4个标准单元(4U)，包含多个处理器、内存、电缆和许多其他组件，更不用说服务器周围的金属包装了，这些都可能导致EMI问题。

门德斯-鲁伊斯此前在这两方面都取得过成功万博Ansys基于而且万博Ansys SIwave，但觉得解决全服务器EMI模拟的极端挑战需要额外的直接支持。他打电话给Ansys工程公万博司，确定了问题的全部范围，并寻求一些帮助。

大约在这个时候，他看到了EMA的广告，该公司的电磁仿真软件是通过Ansys独家销售的。万博他联系Ansys申请评估许万博可，并对结果表示满意。很快，Intel、Ans万博ys和EMA的工程师们开始合作，以提高互操作性万博Ansys EMA3D电缆HFSS和SIwave。

要求清单

为了描述该项目的参数，英特尔为HFSS、SIwave和EMA3D电缆软件的互操作性和功能制定了一份要求清单:

• EMA3D电缆应该能够从SIwave和HFSS为英特尔的电子设备子组件导入解决的字段。一旦导入了这些字段，英特尔就需要能够旋转和转换机箱内子组件的位置。
• 英特尔经常使用EMI吸收磁带，因此EMA3D电缆必须具有模拟薄的磁性损耗材料的能力。
• 英特尔需要EMA3D电缆具有子网格功能，以提高模拟几何关键部分的分辨率。
• EMA3D Cable是一款时域仿真产品。然而，英特尔需要模拟频率相关材料的能力。

项目成果

最终，Ansys和EMA万博满足了所有要求，并提供了软件增强来支持模拟工作。详细描述所有的改进将花费很长时间，因此我们将只报告一些联合工作的结果。

HFSS字段导入到EMA3D电缆

最初，对于服务器上并行工作的六个PCIE模块，英特尔必须在服务器的六个位置分别运行HFSS六次，这样当数据传输到EMA3D Cable时，它将被放置在正确的位置。

门德斯-鲁伊斯说:“我需要为一次模拟等待一周，我需要运行六次。”“新的软件可以让我对传感器进行线性变换，以正确的方式放置它们，这样我就不必模拟同样的事情六次了。”

SIwave场导入到EMA3D电缆

SIwave传统上用于模拟印刷电路板(pcb)和封装的电磁近场。现在，英特尔可以一键导出数据到EMA3D电缆。这对模拟工作流程是一个很大的改进。

对整个服务器的复杂几何结构进行网格划分会带来一些挑战，而且很耗时。但EMA3D Cable使用体素网格，而不是有限元方法使用的传统四面体网格，从而可以比以前更快地完成网格。这种几乎即时的网格划分节省了英特尔模拟准备时间。

快速准确的电缆建模

也许英特尔从将EMA3D电缆纳入其工作流程中看到的最大改进是模拟连接pcb的电缆。在此之前，工程师们必须为电缆的每一个几何特征建模，这是很困难的，因为它们涉及直径小于一毫米的电线，这些电线以复杂的扭曲结构编织在一起。这些编织极大地影响了电磁耦合。

EMA3D电缆结合了两个求解器:使用体素网格网格的3D结构求解器，以及基于电缆多导体传输线理论的求解器。护盾、箔和电缆的模型都是通过横截面处理的。在模拟中，当你看到电缆时，你看到的是2D横截面，就像你拿起一根电缆，用剪刀剪开它一样。第三维度——电缆的路径——存在于3D几何中。从本质上讲，一维线显示了电缆的位置，二维横截面显示了一维线内的内容。

Mendez-Ruiz说:“EMA3D工具处理布线就像独立模拟计算机其余部分的体素网格网格一样。”“一开始它不需要对电缆进行网格划分，但最终它将体素网格与电缆的2D表示结合起来，以一种以前无法实现的方式提出解决方案。”

通过这种独特的两部分模拟方法，英特尔可以在数小时或数天内模拟整个服务器，而在过去，分析师可能需要花费数月或数年的时间来准备。

门德斯-鲁伊斯说:“部分挑战是考虑不同的场景——不仅是服务器内部电缆的扭曲，还有不同的终止选项。”“你不会总是以一个电阻或一个线性组件结束。您可以有不同的终止场景。您还可以对开路进行一些屏蔽，这可能对计算系统的性能产生巨大影响。在这个项目中，EMA在这一领域取得了一些重大改进。”

EMA3D子网格划分

另一个巨大的挑战是在模型的全局域中开发子域。英特尔希望用更细的网格对子域进行网格划分，以便在重要的地方获得更多的模拟细节。

例如，在PCIE模型上，散热片是由不锈钢薄板构成的，这需要非常小的网格尺寸来正确地网格该子域。如果没有子域，工程师将不得不将这种小网格大小应用于整个服务器，包括不需要如此详细模拟的区域。由于在不需要精度的区域浪费了精度，模拟运行需要更长的时间。

门德斯-鲁伊斯说:“如果没有子域，我在服务器的外部部分就要付出巨大的时间代价。”“如果你不得不忍受惩罚，模拟一个完整的服务器是不现实的。因此，我们要求一个选项来创建一个具有非常细的单元大小的子域，与一个具有较粗网格的全局域一起存在，该全局域可以很好地网格服务器的其余部分。这是Ansys的主要发展之一，将使模拟整个服务器成为可能。”万博

项目的未来

万博Ansys已经满足了英特尔的所有要求并继续与他们一起工作，因为他们致力于将所有这些增强功能放在一起来模拟整个服务器。

Mendez-Ruiz说:“就模拟工具的成熟度而言，我们目前处于一个良好的状态，但我们现在正试图开发我们的内部方法。”“工具在那里，但你如何使用它?”你如何设置它，以便你可以复制并与你在实验室中进行的测量相关联?”

他说，当模拟软件在设计阶段发现问题，并在实验室看到问题之前解决问题时，他将认为这个项目已经完成。在门德斯-鲁伊斯看来，这才是真正的成功。他很有信心，到今年年底，他将能够对整个系统进行预测建模，在潜在的EMI问题发生之前消除它们，这要感谢英特尔、Ansys和EMA的大量努力工作。万博

门德斯-鲁伊斯说:“这个联合项目对英特尔的影响是，我们从甚至不能考虑模拟整个服务器到现在有了一些可行的东西。”“这是三方的努力，这就是这个故事如此引人注目的原因。英特尔、Ans万博ys和EMA投入了一切必要的努力来实现这一目标。这对我们所有人来说都是一个巨大的胜利。”

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