并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用

王卫杰; 胡少亮; 郑宇腾; 赵振国; 周海京

doi:10.12263/DZXB.20190945

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并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用

学术论文 | 更新时间：2025-12-08

- 并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用
- A Parallel Preconditioned Finite Element Method and Its Applications in System-in-Package Electromagnetic Simulations
- 电子学报 2021年49卷第1期页码：58-63
- 作者机构：
  
  1. 中物院高性能数值模拟软件中心,北京,100088
  2. 北京应用物理与计算数学研究所一室,北京,100088
  3. 中物院高性能数值模拟软件中心,北京,100088
  4. 北京应用物理与计算数学研究所一室,北京,100088
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金 (No.12001053）;中物院创新发展基金 (No.CX2019034）;国防基础科学挑战计划 (No.TZ2018002）
- DOI：10.12263/DZXB.20190945
  中图分类号： TP319
- 网络出版：2021-01-25，
  
  纸质出版：2021
- 稿件说明：
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王卫杰, 胡少亮, 郑宇腾, 等. 并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用[J]. 电子学报, 2021,49(1):58-63.

WANG Wei-jie, HU Shao-liang, ZHENG Yu-teng, et al. A Parallel Preconditioned Finite Element Method and Its Applications in System-in-Package Electromagnetic Simulations[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(1): 58-63.
王卫杰, 胡少亮, 郑宇腾, 等. 并行预处理有限元方法及其在系统级封装结构电磁模拟中的应用[J]. 电子学报, 2021,49(1):58-63. DOI： 10.12263/DZXB.20190945.

WANG Wei-jie, HU Shao-liang, ZHENG Yu-teng, et al. A Parallel Preconditioned Finite Element Method and Its Applications in System-in-Package Electromagnetic Simulations[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(1): 58-63. DOI： 10.12263/DZXB.20190945.

摘要

针对系统级封装结构的电磁兼容、信号完整性分析等应用，由于结构的复杂、多尺度和多材料的特性，其大规模电磁问题模拟一直难以实现.本文中，主要展示了基于并行支撑框架JAUMIN研发的高性能电磁计算程序JEMS-CDS及其在系统级封装结构电磁仿真中采用的高效算法.针对系统级封装结构电磁仿真，我们构建了两种预处理技术：区域分解方法与正定矩阵预处理方法.数值模拟结果显示JEMS-CDS程序在百CPU核并行规模上能够实现了近亿未知量的快速迭代求解.针对某天线阵列和射频系统级封装结构，利用JEMS-CDS程序在国产并行机上完成了电磁场并行数值模拟，获得了电磁场的高分辨率结果，支持了电磁兼容性分析、信号完整性分析等应用.

Abstract

In the electromagnetic compatibility analysis and signal integrity analysis

it is difficult to do full-wave electromagnetic simulation of system-in-package (SiP) due to its complex

multi-scale and multi-material characteristics. Here

we present a high-performance program JEMS-CDS developed on parallel infrastructure JAUMIN and its high-efficiency algorithms in SiP electromagnetic simulations. A positive definite matrix is constructed by analyzing the FEM matrix built for SiP simulation. Numerical results show that better convergence performance than traditional ones can be achieved

as well as a high parallel efficiency when scaling to hundreds of CPU cores with nearly one hundred millions unknowns. Finally

a practical product is simulated to acquire the high-resolution distribution of electromagnetic

supporting the analysis of electromagnetic compatibility and signal integrity.

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