시뮬레이션의 규모와 복잡도, 수요가 증가함에 따라 엔지니어에게는 결과를 빠르고 쉽게 제공할 수 있는 고성능 컴퓨팅(HPC, High-Performance Computing) 옵션이 필요하다.
이를 위해 Ansys HFSS와 Ansys SIwave의 병렬 처리 기능은 Ansys Cloud에 구현되어 있다. 이를 통해 전기 엔지니어는 온프레미스 리소스를 유지하거나 별도의 클라우드 호스팅 제공업체와 새로운 비즈니스 관계를 만들 필요 없이 Microsoft Azure의 HPC 기능에 접근할 수 있다.
Ansys Cloud가 제공하는 HPC 환경
Ansys Cloud 출시는 중소 규모 기업의 엔지니어에게 큰 의미가 있다. 사용자는 필요할 때 확장 가능한 컴퓨팅 리소스를 종량제 방식으로 활용할 수 있으며, 이를 통해 대형 엔지니어링 기업 수준의 시뮬레이션 역량과 경쟁할 수 있다.
대형 엔지니어링 기업도 Ansys Cloud를 활용해 하드웨어 자본 지출을 줄이거나, 기존 HPC 리소스 수요가 높을 때 추가 HPC 리소스에 접근할 수 있다. 이 릴리스는 전자 엔지니어가 추가 하드웨어를 구매하지 않고도 HPC 클라우드 리소스를 사용할 수 있게 한다.
HFSS와 SIwave에서 활용할 수 있는 병렬 처리 기능
Ansys Cloud를 통해 엔지니어는 다음과 같은 기능을 활용할 수 있다.
- Matrix multiprocessing
- Distributed memory matrix solvers
- Domain decomposition method
- Parallel frequency points
- Parallel parametric sweeps
HFSS 사용자는 Ansys Cloud에서 추가적으로 다음 기능도 활용할 수 있다.
- 매개변수, 주파수, 솔버를 확장 가능한 계층 구조로 구성하는 Multi-tier HPC
- 유한 요소법(FEM), 모멘트법(MoM), 물리 광학(PO)을 시스템 행렬 안에서 결합하는 Hybrid solvers
이러한 기능은 안테나와 인쇄 회로 기판(PCB) 같은 대형 장치 시뮬레이션을 해결하는 데 활용된다. 또한 5G, 전기화, 자율주행차와 같은 산업 트렌드를 지원하는 애플리케이션에도 적용될 수 있다.
128코어 HPC를 사용하는 ANSYS 클라우드에서 분석한 모습
Ansys Cloud의 HPC 기능
엔지니어는 Ansys Cloud의 하드웨어를 활용해 HFSS의 분산 메모리 행렬 솔버(distributed memory matrix solver)를 사용할 수 있다.
이 솔버는 네트워크로 연결된 여러 머신과 메모리에서 하나의 행렬을 처리할 수 있다. 따라서 문제 크기가 단일 워크스테이션의 공유 메모리에 의해 제한되지 않는다.
(기준선은 4코어 공유 메모리 워크스테이션)
분산 메모리 행렬 솔버를 사용한 44포트 PCB 테스트 시뮬레이션에서는 단일 4코어 공유 메모리 워크스테이션과 비교해 머신당 메모리가 85% 감소한다. 또한 여러 네트워크 코어를 활용해 단일 주파수의 행렬 해석 시간을 최대 2배까지 줄일 수 있다.
Ansys Cloud의 HPC 기능을 Frequency Sweep 추출에 적용하면 기준 주파수 포인트를 병렬로 계산할 수 있다. S-parameter 행렬 해석을 사용하면 해당 주파수 포인트의 메모리 사용량을 3~4배 줄일 수 있으며, 더 많은 주파수 포인트를 병렬로 배치해 해석할 수 있다. 128코어 Ansys Cloud에서 수행한 44포트 테스트 보드의 Frequency Sweep 추출은 동일 보드 기준 4코어 워크스테이션보다 15배 빠르다.
Ansys Cloud에 접근하는 방법
Ansys Electronics Desktop에서 클라우드로 작업을 실행하는 과정은 간단하다.
기존과 동일한 Submit Jobs 메뉴를 사용해 Windows HPC 관리 클러스터를 실행할 수 있다. 클라우드 실행은 Scheduler Selection 드롭다운에서 선택하는 방식으로 진행한다.
HFSS를 Ansys Cloud에서 실행하면 설계의 전체 해석 속도를 일반적인 워크스테이션 하드웨어 대비 10배 이상 높일 수 있다. 이는 하루가 걸리는 해석을 몇 시간 또는 그 이하로 줄일 수 있다는 의미이다. 속도와 효율이 증가하면 엔지니어는 하루 안에 여러 설계 변형을 빠르게 반복 검토할 수 있고, 더 최적화된 설계를 개발할 수 있다.
사용자는 Ansys Electronics Desktop의 스케줄러 선택 메뉴에서 해당 옵션을 선택해야 한다.
인터페이스는 기존 클러스터 실행
(예: Windows HPC)과 동일하다.
결론
Ansys HFSS와 Ansys SIwave의 병렬 처리 기능은 Ansys Cloud에서 확장된다.
전기 엔지니어는 별도의 온프레미스 HPC 리소스를 유지하거나 추가 하드웨어를 구매하지 않고도 Microsoft Azure 기반 HPC 리소스에 접근할 수 있다. Ansys Cloud는 분산 메모리 행렬 솔버, 병렬 주파수 포인트, 병렬 파라메트릭 스윕, Multi-tier HPC, Hybrid Solver 같은 기능을 통해 대형 전자기 시뮬레이션을 더 빠르게 처리할 수 있도록 돕는다.
특히 44포트 PCB 테스트 보드 예시에서는 128코어 Ansys Cloud 기반 Frequency Sweep 추출이 4코어 워크스테이션보다 15배 빠른 결과를 보인다. 이는 안테나, PCB, 5G, 전기화, 자율주행차 관련 시뮬레이션에서 HPC 클라우드 활용의 가치를 보여준다.
출처 : Ansys HFSS and Ansys SIwave Extend Their HPC Capabilities on Ansys Cloud
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