소개
1999년 11월 첫 출시
이후 전세계에서 센세이션을 일으키고 있는 독일 CST사의 최신품이다. FDM 계열의 FIM 방식에
독자 개발한 특수 conformal mesh 기술인 PBA를 적용하였으며, 기존에 여러 tool들이
제공하던 기능들을 하나에 모아 놓았다. 최신제품답게 이전까지의 유사제품들이 가진
단점들을 집중적으로 보완하였으며, 특히 pre-processing, 즉 모델링에서 가장 진보된
모습을 보여준다. MWS는 다음과 같은 점에서 이전까지와는 다른 혁신적인 tool로
평가되고 있다.
- Time domain과 Frequency domain solver를 동시에 내장 (사용자가 선택하여 해석)
- R,L,C,Diode 등의 lumped element를 간편하게 설치하고 SPICE+field simulation이 가능
- field 계산과 동시에 LC extraction 및 SPICE model generation
- PBA를 이용한 원형/사선 부위 mesh 의 자동적인 2차 내부 분할로 인해 원형부위에 대한 고려가 매우 간편해짐.
- History modeler의 채용으로 언제라도 크기/위치/재질을 곧바로 수정 가능
- 메모리와 하드디스크등의 시스템 자원을 매우 적게 소모하도록 controling
- 진정한 의미의 3D parameter sweeping과 optimization을 최초로 구현
MWS를 제작한 CST사는 1975년도부터 field simulation 연구를 시작하여, 입자레벨의 계산까지 구현하는 고성능의 field solver family인 MAFIA로 잘 알려진 회사이다. 이 회사의 solver 제작 기술력은 이미 전세계에서 인정받았고, MAFIA 내에 있던 T3라는 고주파 solver에 PBA 알고리즘을 추가하고, 최신의 GUI를 도입하여 만들어 낸 것이 바로 MWS이다. 그래서 나온지 얼마 되지 않은 신제품임에도 불구하고 내부적인 FIM 알고리즘은 이미 20여년에 걸쳐 완성된 단계여서, 초기버전에서 보여지는 충돌과 버그는 거의 발견되지 않는다. 특히 PC 전용으로서 100만 mesh level의 복잡한 구조를 한두시간만에 초고속으로 해석하면서도 메모리를 100M 이내 정도로 사용하는 시스템 자원활용의 효율성은 놀랍다고 할 수 있다. 이러한 성능으로 인해 이전에는 시도되지 못했던 대형 기지국 안테나나 초고속 lan connector같이 복잡한 구조에 대한 해석이 가능하게 되었다. 이후로도 계속 파격적인 기능 업그레이드가 예상되고 있기 때문에 많은 기대가 되는 제품이다.
기능/특징
- ACIS
v6.1 history modeler
공학용 3D modeler로 많이 사용되는 ACIS의 v6.1의 최신 모델러를 사용함으로써 현존하는 3D CAD중 가장 사용자 친화적인 드로잉 환경을 제공하고 있다. 특히 모든 작업을 history에서 일목요연하게 정리해주고, 언제라도 수정이 가능하도록 되어 있기 때문에 한번 그려진 개체를 수정하기 위해 다시 그린다던지 하는 일은 없다. 이것은 MACRO를 이용하는 것과 유사하지만 그 과정이 메뉴로 자동관리 된다는 점에서 보다 user-friendly하다.
- Solver : Transient solver, Frequency domain solver, Eigenmode solver, LC extractor
일반적으로 3D tool은 시간축 계산방식의 FDM(FDTD)계열과 주파수계산 방식의 FEM계열로 나뉘어 지는데, MWS는 그것을 통합하여 시간축 해석과 주파수축 해석을 사용자가 선택하여 해석할 수 있도록 되어 있다. 거기에 SPICE 계산을 접목시켜 R,L,C의 lumped element를 간단하게 설치하여 한꺼번에 해석이 가능하며, diode등의 능동소자까지 첨가하여 해석이 가능하다. 또한 일반적으로 SI tool에서 지원하는 LC extraction 및 SPICE netlist 추출도 동시에 가능하며, mode해석을 위한 eigenmode solver도 내장되어 있는 등 그야말로 3D field simulation 종합선물세트같은 강력한 solver를 내장하고 있다.
- LC extraction / SPICE netlist
일반적으로 3D field tool이외의 tool로 적용해야 했던 LC extraction 알고리즘이 자체에 내장되어서, 일단 transient 해석을 마치고 나면 그 계산된 결과를 통해 포트간의 LC 값을 추출할 수 있다. 이를 통해 각 선로간의 기생 LC 값을 곧바로 알아낼 수 있고, Spiral inductor나 Chip capacitor 등의 L, C 값을 별도의 변환과정없이 곧바로 알아낼 수 있다.
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RLC / Diode / wire lumped element 해석
Transient 해석을 통해 일반 저항,콘덴서,코일 등의 회로 소자를 포함하여 해석이 가능하다. 단순히 등가모델로 입력하는 방식이 아니라, 실제 SPICE를 사용하든 두점에 소자를 연결하고 그 값을 곧바로 입력하여 해석할 수 있으며, diode같은 능동소자의 해석까지 가능하다. 또한 두 점을 연결하는 얇은 선로가 필요한 경우, Wire 기능을 이용하여 간편하게 연결할 수 있으며, 반도체의 bonding wire처럼 높이를 가지는 wire로도 설정할 수 있다.
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Source : Waveguide port, Discrete port, Planewave source
3D field tool들이 기본적으로 사용하는 waveguide port뿐만 아니라 단순한 전류입력을 위한 전압원인 discrete port가 있어서 SI 해석에 적합하며, waveguide port를 사용하기 어려운 구조에서 유용하게 사용된다. 특히 discrete port의 전후단 위상차를 이용하여 balanced signal을 입력할 수도 있어서 pair line에 대한 해석이 가능하다. 포트없이 사용하는 planewave source를 통해서는 scattering, RCS 계산에 사용할 수 있으며, eigenmode solver를 사용할 때는 별도의 입출력 포트는 필요하지 않도록 되어있다.
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Automesh / PBA (perfect Boundary Approximation)
MWS는 기본적으로 시간축을 기반으로 한 rectangle linear mesh를 사용하는데, 이러한 선형 mesh는 사용이 쉽고 조밀하면서도, 빠른 계산이 가능하지만, 사각형이 아닌 원형이나 사선구조에 대해 취약하다. MWS에서는 이러한 점을 해결하기 위해 PBA라는 독자적인 알고리즘을 첨가시켰는데, 이미 만들어진 하나의 사각 cell안에서 임의의 형상에 맞게 재질을 분리해서 계산하는 기능이다. 이러한 특수한 conformal mesh 기능을 이용하면 원형을 곡면 그대로 해석할 수 있고, 아주 얇은 금속판 구조 역시 간단하게 계산된다.
- Parameter sweep, Optimization
어떠한 크기/위치/재질 및 simulation 조건에 필요한 모든 수치는 parameter화되므로 이를 이용한 parameter sweep과 optimization이 곧바로 수행된다. Single parameter는 물론 multiple parameter sweep이 가능해서 이로인해 설계자는 단 한번의 드로잉으로 그 구조의 모든특성을 자동으로 뽑아내게 만들 수 있다. Optimization 역시 일반적인 목표값 이외에도 user-define에 의해 특수한 조건을 설정하고 그것을 만족시키는 paramerer 값을 추출할 수 있게 되어 있다.
- 시스템 자원의 효율적인 활용
기존의 FEM 계열의 solver들은 메모리를 많이 사용할 수밖에 없는 구조라서 상당히 고사양의 system이 필요했다. MWS가 사용하는 FIM 알고리즘은 적분형으로서, 계산중에 발생하는 이전의 matrix들을 지우면서 계산이 가능하므로 메모리자원의 1/10정도만 소모한다. 실제 MWS에서 사용하는 메모리는 100Mbyte를 거의 넘지 않기 때문에, 시스템에는 128 ~ 256MB의 RAM만 있으면 충분히 여유있는 해석이 가능하다. 또한 사용자가 지정하기 전까지는 field 해석 결과를 저장하지 않도록 함으로써 하드디스크 활용 효율을 크게 높였다.
- Human body model
XFDTD와
마찬가지로, MWS에서도 bio-model을 사용할 수 있다. 이것은 인체의 각 부위를 cell로
만들어 그에 해당하는 재질을 3차원적으로 종합해놓은 일종의 라이브러리로서, 인체에
대한 전자파의 영향등을 simulation 할 수 있다.
제작사 홈페이지 : http://www.cst.de