电磁仿真(HFSS、CST、FEKO)时域频域台式集群配置推荐

一．电磁仿真计算特点与硬件配置分析

    电磁场仿真软件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. 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，在解决电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

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。

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：

3.CEM求解规模与硬件配置推荐

a）基于时域算法~UltraLAB硬件配置参考（CPU类）

b）基于频域算法~UltraLAB硬件配置参考

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

二．基于电磁仿真计算的UltraLAB机型介绍

 

    UltraLAB是西安坤隆计算机科技有限公司推出的定制图形工作站品牌，经过多年发展，该产品拥有傲视群雄的三大领先优势：先进计算硬件架构、完整齐全行业应用定制方案、专业硬件系统优化技术，大幅超越同类的“图形工作站”产品，我们提供基于电磁仿真计算应用最快硬件架构产品系列。

1. 极速图形工作站H490介绍

配置特点：
（1）CPU具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能   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.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，中大规模时域与频域求解，发挥极致性能。
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）。

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，超大规模时域算法求解，极致性能
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：  市面上唯一的最快时域求解（CPU计算架构）工作站，极致性能还静音。

4.图灵超算工作站GX490M或GX620M

GX490M配置特点：
    CPU 具有超高的频率，中小规模时域与频域求解，发挥极致性能
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  市面上唯一的基于办公环境（静音级）最强大GPU超算性能时域求解计算系统，同时兼顾频域隐式算法极致性能展现

各种机型性能与差异对比表

三．电磁仿真计算硬件配置（单机与集群）推荐

提供单机CPU、单机GPU、集群架构的全面完整，代表追求目前最快计算架构硬件配置方案

 1. 基于多种算法（CPU计算）单机工作站硬件配置方案

2. 基于时域求解（GPU计算架构）单机硬件配置方案

3. 基于分布式集群的硬件配置方案

方案1 基于CPU计算的分布式集群方案

方案2 基于CPU+GPU异构超算的分布式集群方案