Cadence, Yeni GPU Tabanlı Hızlandırıcıyla CFD'de Zirveye Çıktı - Semiwiki

EDA pazarlarını gözlemleyenler için yeni büyüme için kolayca gözden kaçan bir fırsat var. Bugün EDA gelirlerinin yaklaşık %50'si, veri merkezlerinden otomotiv, havacılık, enerji ve diğer sektörlere kadar yarı iletken şirketlerden ziyade sistemlerden geliyor. Bu endüstrilerin çoğunda toplam sistem tasarımı, elektronik tasarım kadar mekanik ve diğer çoklu fizik optimizasyonlarına (aerodinamik, stres, termal, elektromanyetik vb.) bağlıdır. Çoklu fizik analizi, örneğin paket içi ve sistem içi termal analiz ve soğutma analitiği için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kullanan yönetim gibi yarı iletken tasarımına halihazırda nüfuz etmiştir. Kısacası, elektronik sistem tasarımı ile toplam sistem tasarımı arasında çoklu fizik köprüleri, enerji üretimi, havayolu ve otomotiv pazarlarını desteklemek açısından kritik öneme sahiptir. Çip tasarımında olduğu gibi, bu alanlardaki sistem sorunları da zorlaşmaya devam ediyor ve çözüm sağlayıcılardan modern tasarım ihtiyaçlarını karşılamak için aktif ve sürekli yenilik talep ediliyor. EDA ve çoklu fizik uzmanlığı arasındaki sinerjiden yararlanan Cadence, Millennium platformunun çoklu fizik analitiği için nefes kesici bir performans artışı sağladığını, endüstriyel ölçekteki sorunları haftalar yerine saatler içinde çözdüğünü ve büyük yeni büyüme fırsatları açtığını iddia ediyor.

Cadence, Yeni GPU Tabanlı Hızlandırıcıyla CFD'de Zirveye Çıktı

CFD İçin Hızlı, Meslekten Olmayan Kişiler İçin Kılavuz

CFD, devre kartları, uçaklar, gaz türbinleri ve arabalar gibi mekanik yapıların etrafındaki/içindeki bir akışkanın (sıvı veya gaz) akışını simüle eder. CFD olmadan bu ölçümlerin prototipler üzerinde (örneğin rüzgar tünellerinde) yapılması gerekir; bu pahalı ve zaman alıcı bir süreçtir. CFD ile mühendisler, simüle edilmiş sıvı akışlarına karşı dijital ikizin performansını incelemek için sola kaydırabilir (EDA'da tanıdık bir kavram).

Simülasyonlar, sayısal çözümü mümkün kılmak için ayrı ağlar boyunca haritalanan Navier-Stokes diferansiyel denklemine dayanmaktadır. Kafesler, kritik bölgelerin etrafında daha ince aralıklar oluşturmak, diğer yerlerde ise daha geniş aralıklar sağlamak üzere tasarlanmıştır ve genellikle milyonlarca öğeyi kapsar. Ağ boyunca çözümlemede dikkate alınan faktörler arasında basınç ve sıcaklığın yanı sıra tüm sıvılar sınırların yakınında daha yavaş aktığı için viskozite de yer alır. Akustik veya Mach hızları dikkate alındığında sıkıştırılabilirlik önemli olabilir; türbülans yüksek hızlarda başka bir faktördür. Bu faktörler, CFD'nin bir teknoloji çözümleri ailesi sağlaması gereken ağ ve çözücü yöntemleri üzerinde yeterli etkiye sahiptir.

Türbülans, doğru şekilde simüle edilmesi en zor durumdur. Günümüzde endüstride en yaygın olarak uygulanan teknik, seyir yüksekliğinde bir uçak kanadı etrafında doğru CFD sağlayabilen, ancak yükseliş veya alçalma sırasında değil, dinamik bir olgu için zayıf bir yaklaşım olan statik ortalamaları geliştirmektedir. Büyük Girdap Simülasyonu (LES) adı verilen farklı bir teknik, çok daha doğru ve dinamik bir şekilde modelleme yapabilir, ancak hesaplama açısından daha pahalıdır ve dijital ikiz yoluyla kapsamlı türbülans modellemeyi kullanışsız hale getirir. Bu nedenle kritik analizler, rüzgar tünellerindeki prototipleri kullanan gerçek fiziksel modellemeyle sınırlıydı; bu etkili ancak optimizasyon için binlerce senaryoyu keşfetmek için fazla hantaldı.

CFD ve LES'te Ritim Otoritesi

CFD, birçok geçmişi olan, yüksek uzmanlık gerektiren bir alandır. Takım departmanları ve çoğu zaman ürün ekipleri, doktoralılardan oluşan bir ordudan oluşur. Ağlar ve çözücüler için algoritmalar, yazılımla birlikte önemli ölçüde gelişti ve elbette gelişmeye devam ediyor. Yani bir EDA firmasının inorganik olarak girmesi gereken bir alan adı bu.

Cadence, 2021'de bir dizi satın almayla burada başladı. Bunlar arasında güçlü ağ oluşturma ve çözücü teknolojilerine sahip NUMECA ve denizcilik ve turbomakine uygulamalarında köklü bir itibar bulunmaktadır. Kısa bir süre sonra Cadence, CFD ağ oluşturmada kanıtlanmış gücüyle Pointwise'ı satın aldı ve havacılık ve savunma pazarlarında kendini kanıtladı. 2022'nin sonlarında, LES için ilgi çekici teknolojiye sahip bir Stanford yan ürünü olan Cascade Technologies'i satın aldılar. Bu satın almalar sayesinde Cadence, CFD alanında istikrarlı bir safkan teknoloji ve uzmanlardan oluşan bir kadro oluşturdu ve çoklu fiziğin diğer yönlerindeki yerleşik güçlerine katkıda bulundu. Ama görünen o ki burada durmamışlar.

Endüstriler, daha doğru dijital ikiz modelleme için daha yüksek LES performansına ihtiyaç duyuyor. Bir örnek olarak, bir arabanın tükettiği enerjinin %50'si aerodinamik direncin üstesinden gelmeye gidiyor ve bu da doğrudan içten yanmalı yakıt tüketimini veya EV menzilini etkiliyor. Tasarımcıların, sürüklenmeyi azaltmak amacıyla otomobil yapısında yapabilecekleri pek çok küçük iyileştirmeyi bulmak ve optimize etmek amacıyla binlerce çalışma koşulunu simüle etmek için dijital ikizlere ihtiyacı var. Cadence bu ihtiyaca nasıl adım attı?

Cadence Millennium M1 ve Fidelity LES Çözücü

CFD oldukça paralelleştirilebilir olduğundan, bir işin birçok sunucu/CPU kümesinde çalıştırılması bariz bir çözümdür. Bu, büyük CPU çiftliklerinde veya süper bilgisayarlarda zaten mümkündü, ancak binlerce çalıştırmanın üzerinde deneylerle karmaşık LES algoritmalarını çok büyük ağlar üzerinde çalıştırırken maliyet fahiş hale geliyor. Bu engelin aşılması, Cadence'in ilk GPU tabanlı hızlandırıcısı Millennium M1'in geliştirilmesini teşvik eden etkenlerden biri oldu.

Cadence, donanım doğrulamaya yönelik Palladium ve Protium platformlarının birden fazla neslinde donanım hızlandırma konusunda kanıtlanmış bir performans geçmişine sahiptir. Bu platformları oluşturmak için tasarım, operasyonlar ve tedarik zincirindeki karışıklıkları çözdüler ve bulut tabanlı erişim sağlayacak altyapıyı kurdular. (Millennium dahil tüm platformlar şirket içi analiz için de satın alınabilir.) Bu uzmanlığın GPU tabanlı bir platforma genişletilmesi hem açık hem de harikadır. Tek vuruşta (gerçi oraya ulaşmalarının zaman aldığına eminim 😀) CFD simülasyonlarını hızlandırabilirler. İddia ettikleri tasarım ve analiz araştırması için yeni üretken yapay zeka yöntemlerinin eklenmesi, devasa CPU sunucu paralelliğiyle karşılaştırıldığında çok daha düşük güçle doğruluk, hız ve ölçek açısından 100 kata kadar tasarım etkisi sağlıyor. Cadence donanım bilgi birikiminden elde edilen donanım hızlandırma, hem EDA hem de CFD ekiplerinin genAI uzmanlığı ile birleştiğinde, daha önce bahsettiğim aktif ve sürekli yeniliği sunmak için gereken sinerjiyi göstermektedir.

CFD algoritmasının geliştirilmesi de oldukça aktiftir. Yazılım sıfırdan GPU'ya özgü olacak şekilde tasarlanmıştır. Analiz için problem hazırlığı, az dokunuşla optimize edilmiş ağ oluşturmayı içerir. Ve LES simülasyonlarında yüksek stabilite sağlamak için yeni sayısal yöntemler vardır (normalde türbülans modellemede fiziksel olmayan davranışlara eğilimlidir).

Bu yetenek bugün CFD çoklu fizik modellemesi için bulutta veya şirket içinde mevcuttur.

Milenyum Sadece CFD'ler İçin Değil

GPU tabanlı bir hızlandırıcının CFD'yi hızlandırmaktan daha fazlasını yapabilmesi gerektiği açıktır. Stres, termal difüzyon ve elektromanyetik gibi sonlu eleman analizlerini hızlandırabilir. Aynı zamanda üretken yapay zekayı da çalıştırabilir. Peki neden bu amaç için dev hiper ölçekleyici GPU bankalarından birini kullanmıyorsunuz? Bana göre bunun bir nedeni, sohbet robotları ve yaratıcı görsel uygulamalarıyla rekabet halindeki kullanılabilirlik ve gecikmedir. Aynı şekilde, kitlesel pazardaki LLM modellerinin yanı sıra uygulamaya özel ince ayarların, modern EDA ve çoklu fizik yazılımlarının yüksek karmaşıklık, yüksek doğruluk ve alana özgü ihtiyaçlarını karşılayabileceğine inanmak da zordur. Özel donanım, bulut üzerinden veya şirket içi kurulumlardan erişilebilen yoldur.

Millennium'un gelecekte hem elektronik tasarım hem de çoklu fizik açısından ne gibi yetenekler sunacağını görmek çok ilginç olacak. Daha fazlasını öğrenebilirsin İŞTE.