GPU計算：引領全新電磁仿真革命
支持CUDA的 NVIDIA®（英偉達™） GPU與安捷倫解決方案攜手助力手機天線仿真設計

“采用NVIDIA®（英偉達™）GPU以及安捷倫開發的EMPro軟件解決方案，你可以用原先十分之一的時間進行手機天線電磁仿真工作，讓手機的研發速度進一步提升，提高整個手機設計行業的技術含量。”
——富士康天線集成處射頻經理---熊鄴先生

    在上個世紀80年代，大哥大電話——手機的前身——在人們印象中被列為奢侈品行列。當時，能夠擁有一部大哥大不僅僅是財富的象征，更多的代表權力與地位。而進入2000年以來，手機已經逐漸走下神壇，從企業白領、學生、公務員到普通百姓，人人都擁有一部甚至幾部手機。同時，手機的外觀設計，也從以往的大哥大一統天下向時尚、商務、多功能等領域演化。

    盡管手機的設計多種多樣，但是終究無法擺脫幾個要素：鍵盤、屏幕以及天線。其中天線設計的好與壞直接影響著手機的通話質量以及手機對使用者腦部的輻射情況。早期的手機天線設計工作較為簡單，因為早期手機天線多為外置型，手機設計完成后，只要將手機天線外接出來就可以進行工作，而現在的手機天線多為內置型，同時手機天線還需要包括GSM、藍牙、GPS等多種天線的多種作用，整體設計難度較之前有不小的提升。

    過去由于手機設計過程中對軟件仿真使用較少，主要依賴實物模擬，造成手機設計和推出的周期較長。而現在，采用支持CUDA加速的NVIDIA®（英偉達™）GPU以及安捷倫開發的ADS軟件解決方案，手機天線仿真速度提升了十倍，讓消費者可以以最短的時間看到最新的手機產品。
挑戰

    按照國外某著名廠商的解決方案，手機設計的方式主要分為8個T即8個步驟，其中首先是進行手機的外觀設計，之后外觀設計完成之后進行最重要的電路和天線的設計，設計方案確實之后進行生產以及檢驗等。而手機天線設計方式主要分為兩個步驟：第一是采用軟件進行電磁仿真模擬，確認設計方案的可行性，調整后進行第二個步驟，即實物仿真模擬。前者的優勢是相對操作時間短，并且在成本上有較大優勢。

    軟件仿真，相當于我們仿照手機的模型周圍進行分區。這些區域被分成非常非常細的小方塊，同時設計師還需要將手機的材質、電路板的影響、手機喇叭的影響甚至是使用者手的影響考慮進去。把一部手機分成小的方塊，分的越細，仿真結果就會越接近實際的使用情況。

    在以往手機天線的設計中，設計人員通常使用基于CPU的臺式機工作站進行軟件仿真。由于CPU主要是以序列計算為主，并不適合電磁輻射的仿真模擬中M-Pro中傅里葉變換的計算，因此使用CPU從事仿真工作導致仿真時間較長——通常需要一周左右的時間完成軟件仿真。并且如果仿真結果出現問題，再次仿真需要花費一樣長的時間。在手機產品不斷推陳出新的今天，這樣的效率根本無法達到手機廠商的要求。而如果不進行軟件仿真，省去時間直接進行實物測試，如果發生問題，在時間和成本上的投入將會非常巨大。
解決

    2008年下半年，NVIDIA®（英偉達™）與安捷倫公司宣布合作開發針對于安捷倫EMprot天線設計軟件的加速技術，將GPU并行處理的理念導入EMPro電磁模擬中。NVIDIA®（英偉達™）的基于CUDA的計算加速硬件顯著地加快了安捷倫的EMpro軟件FDTD仿真器的速度。

    舉例來說，過去仿真一個比較復雜的手機模型，大約需要一周的時間，而現在采用NVIDIA®（英偉達™）GPU并行計算解決方案之后，僅需要約兩天的時間就可以完成。

    “我們所要做的工作是根據客戶的需要制定解決方案，”安捷倫公司邊業超先生表示“仿真一部手機天線需要數天甚至更長的時間，而我們平日的工作時間僅有8個小時。這就相當于我們的工程師工作了一天也不可能完成一次仿真，第二天還要繼續前一天的成果，并且要保證運算的數據沒有發生任何錯誤，這樣一來整個一道仿真工序花費的時間非常長。現在憑借NVIDIA®（英偉達™）GPU和安捷倫的一套軟硬件解決方案之后，采用“并行的硬件”與“并行的軟件”相結合，工程師可以在很短時間內完成仿真工序。”

影響
    相對于以往費時的軟件仿真方式，現在采用GPU并行計算軟硬件解決方案已經使手機天線軟件電磁場仿真這一領域有了突飛猛進的發展。作為電磁場仿真的全球頂尖企業，安捷倫公司無疑在此領域中走在了行業的急先鋒位置。

    2009年初，全球最大的手機代工廠富士康公司建立了天線集成處，開始從事天線的研發生產，部門建立之初就和安捷倫英偉達緊密合作，評估并引進該套軟硬件解決方案，并且在對其原服務器進行簡單升級后，成功投入實際應用。在實際應用中，由之前的僅有1-2項目進行軟件仿真，發展到大部分項目均進行軟件仿真，并且由于仿真效果非常接近實物模擬，為客戶節省了大量的研發時間和經費。

    富士康天線集成處電磁仿真主管-郝偉東先生表示：“我們很難用數字衡量NVIDIA®（英偉達™） GPU并行計算和安捷倫EMPro軟件為富士康天線集成處增加的有形資產，但是我們最看重的還是這套解決方案為我們增加的無形價值。富士康是原先一家以生產為主的制造型企業，企業早期的設計附加值比較低。而現在引入天線設計項目很多，使用安捷倫EMPro天線設計軟件和GPU加速技術幫助我們在更短的時間內完成用戶交給我們的任務。而這正符合我們‘科技的富士康’的公司精髓。”