高管问答:Larry Williams, ANSYS

SIJ有机会与ANSYS技术总监Larry Williams进行了交流，了解了他对建模和仿真需求如何变化、行业如何应对以及接下来会发生什么的看法。在ANSYS, Larry Williams负责公司物理模拟产品的战略方向。他拥有加州大学洛杉矶分校的硕士和博士学位，在电磁学和通信工程领域有超过20年的经验，在国际上发表过技术讲座，并发表了大量关于该主题的技术论文。以下是我们谈话的摘要(篇幅有所删减)。

“有时候，为了满足尺寸和成本的要求，我们必须‘打破’一些设计规则。这就是好的模拟工具的价值所在，它可以发现打破规则是否可以接受。——拉里·威廉姆斯

SIJ:这些年来，人们对电磁模拟重要性的认识发生了怎样的变化?

在工程仿真领域工作了20多年后，我的结论是，对高级仿真(电气或其他)的需求就像熵一样——它总是在增加!20年前，电磁模拟可以解决连接器、电缆或PCB布线等单个组件。每当我们推出诸如高性能计算分布式计算、基于布局的有限元网格算法或自动模型组装等创新时，我们的用户就会抢购这些技术，将其应用于设计新系统，然后要求更多。

电磁仿真的概念是，它应该有可能解决完整的电子系统，包括芯片、封装和板，同时保持良好的精度。5G的更高频率，100Gb/s通信的更快信号，或PAM-4等多层信号所需的更精细的电压精度，都依赖于详细而可靠的电磁模拟。

SIJ:关于EMI建模的最大误解是什么?

EMI合规性设计必须是整个设计过程的一部分，而不仅仅是EMI测试室的事后考虑。大多数工程师都知道EMI的一些设计规则，例如避免大电流环路或避免在分割功率平面上运行高速走线。但有时为了满足尺寸和成本的要求，我们必须“打破”一些设计规则。这就是好的模拟工具的价值所在，它可以发现打破规则是否可以接受。

我们最近在ANSYS电子桌面中添加了EMI扫描仪。该工具搜索布局，以查找是否有违反规则的区域。如果容易重新路由，通常最好改变布局以避免任何可能的EMI挑战。当然，还要进行完整的电磁仿真，以确保设计的符合性。

另一个重要的概念是，EMI问题实际上通常是信号完整性或功率完整性问题。当信号遇到阻抗不匹配时，或者如果设备具有较差的电源返回路径，则必须考虑能量将流向何处，信号或电源完整性问题会导致EMI问题。

SIJ:贵公司在技术上面临的最大挑战是什么?在过去的几年里，你采取了哪些措施来提高你的竞争力?

我们的行业面临着几个挑战，使工程师能够提供创新的产品。迎接这一挑战需要借助数值方法、高性能计算和云计算的先进应用以及自动化设计流程等方面的深度技术进步，但它超越了这些传统。ANSYS的目标是进行工程模拟无处不在的贯穿设计功能和应用。多年来，有限元分析和其他数值方法已被工程师用于详细的部件设计。当我们使详细设计更大、更快或更全面时，普遍工程模拟就会发生。它可以用于设计的早期构思阶段，通过详细设计，一直到部署。

多物理场是更全面的模拟的一个明显例子，对电子可靠性特别重要。我们的行业正被推动将热应力和机械应力分析添加到电子设计流程中。ANSYS为我们的电子桌面直接添加了热和机械功能。我们最近还通过其旗舰工具SHERLOCK收购了可靠电子模拟的领导者DfR Solutions。ANSYS率先推出了具有加密功能的3D组件，允许行业参与者与客户共享其组件模型，以进行完整的系统仿真，同时保护其设备的知识产权和内部工作原理。最后，当模拟提供高度准确和及时的结果时，使用模拟来推进创新是最有价值的。我们行业中的一些人会建议设计问题的“足够好”答案就足够了。也许是为了了解设计趋势或方向，但对于设计签收，我们坚持在ANSYS HFSS等工具中保持不变的准确性。

SIJ: ANSYS如何促进设计团队的创新?

在ANSYS，我们有一个非常严格和积极的创新过程。客户使用我们的工具来推动他们的创新;因此我们必须更加勤奋地交付他们所需要的功能。我们的流程有许多投入，包括我们的客户约定和指导，密切关注行业趋势和标准，与行业合作伙伴合作，并参与行业和学术研究。

我们既有长期路线图，也有短期路线图。长期专注于创新研究，旨在预测行业需求。一个例子是我们努力解决现代电子学所需的更大、更全面的模拟。越来越多的工程师被要求解决棘手的电磁问题，因此我们建立了高度自动化的程序，在单一环境中组装芯片、封装和电路板。这是ANSYS多年来的努力。自动化程度越高，我们就越能减少安装工作，这样工程师就可以专注于他们的设计挑战。

SIJ: ANSYS在应用工程师方面一直享有很高的声誉，您能分享一下你们如何吸引、培训和留住他们的秘诀吗?

ANSYS与世界上最具创新力的公司合作，是一个令人兴奋的行业。我们的工具对这些公司的开发工作至关重要，我们与工程公司建立了密切的关系。通过为工程设计构建一些最重要的工具，我们倾向于吸引一些最优秀的人才加入我们的应用工程团队。这些工程师很高兴能与最具创新力的公司最优秀的工程师一起工作。他们所做的努力有显著的影响，所以有很高的工作满意度。

SIJ:给我们介绍一下你们最新的SI/PI/EMI问题模拟产品。

在我们的电子产品客户中，有一项新技术非常受欢迎，那就是SIwave的HFSS区域。SIwave是集成电路封装和印刷电路板的混合电磁求解器。混合方法结合了平行板共振、传输线模型、辐射模型和各种平面到平面的通径模型，提供了一个全面的解决方案。SIwave非常有效，因为它允许我们非常快速地求解多层结构上的数万条轨迹。

在SIwave的新的HFSS区域增加了一个非常独特的功能的准确性和速度。在一些包和板中有复杂的非标准过孔布置。在这些区域，最准确的方法是划出一个区域，用HFSS求解，然后重新组装成SIwave混合求解器。一个大型PCB可能有10或20个这样的区域。这项新技术利用了HFSS的防弹精度和SIwave的速度，从而实现了对封装和板的高效模拟。

SIJ:您从客户那里听到的最常见的SI/PI模拟问题是什么?

一旦工程师接受了SI/PI的基本培训，他们就能够应对电子领域的现代设计挑战。但电子产品还必须满足热性能和机械可靠性的要求。过去，电气工程师并不担心机械问题，因为他们的机械设计团队能够保证可靠性。这是改变。我们听到许多关于集成多物理场仿真的要求。这一点尤其适用于自动驾驶汽车和交通运输等新型交通解决方案。这些系统必须非常可靠，使用寿命长。

SIJ:你能分享一下你们SI/PI/EMI相关产品的产品路线图吗?

当然，关于我们产品路线图的细节是专有的，但广泛的观点可以共享。我们将始终致力于更快解决更大的问题。我们将继续研究利用最佳硬件的新数值方法。跨越物理学的新挑战，为电子系统提供一个真正的虚拟原型，是我们将继续追求的领域。更大的自动化使得基于物理的模拟更容易设置和解决，这是我们开发团队努力的一个很大的领域。一如既往，我们将与客户合作，不断完善我们的路线图，以应对他们的设计挑战。