建立多物理模擬基礎 優化設計流程管理效能

Ansys安矽思科技技術總監魏培森博士。DIGITIMES攝

隨著工業4.0風潮崛起，使數位孿生(Digital Twin)蔚為新寵，一般做法都透過眾多感測器，把實際東西Mapping到數位模型，此數位模型植基於Managed Data或Feedback Data，不見得涵蓋真實世界所有場景。相形之下，倘若回歸最原始物理的Simulation-based模擬方式，即可彌補上述缺憾，因而愈來愈受重視。

在Simulation-based市場享有最高佔有率的安矽思科技(Ansys)，其技術總監魏培森表示，多數製造工廠在採用PLM、ERP等管理流程之餘，現在積極導入數位孿生，以期提高產品價值並降低維護預算。

Ansys建議，因應產品設計日趨複雜，工程師時間愈來愈壓縮，模擬方案的重要性與日俱增；以自駕車為例，車廠長期以來透過實體車的行駛來收集場景，以致作為車上安裝眾多感測器制動準則，以判斷前方是否有危險場景，但此舉不足以場景的收集多樣且複雜，實體車的行駛並沒有辦法收集所有的場景，確認個個感測器是否正常動作。因像有時車子是行駛在崎嶇的山路或是隧道，雷達的偵測或許不足需要搭配影像感測。有時黃昏、下雨或甚至下雪之際影像感測或許不恰當，需要搭配其他的感測器是不動作的。反觀模擬、再搭配HPC，任何場景都能計算得清清楚楚，確認所有感測器都能適時動作，萬無一失。

「Ansys可協助將所有事物數位化，讓電腦讀得懂，再透過大數據、AI/ML進行處理，以達到元件、系統或產線最佳化。」魏培森說，更重要的，透過模擬還可預測未來，例如藉由老化分析，研判此物體在正常溫度下還可使用幾年；抑或可靠度分析，觀察在極低溫、極高溫間快速切換下，將使此產品的可用度發生何等變化；這些事項，若透過真實測試來進行，勢必得耗費大量時間與成本。

而Ansys最擅長之處，即是多物理模擬。比方說汽車，製造商期望它兼具省油、耐震、通訊品質良好等優勢，因而需要同時考量眾多物理量，此時可利用Ansys解決方案營造Co-Design場景，藉此大幅簡化設計流程，加速設計最佳化的結構、流體與電性。魏培森指出，Ansys的軟體著重在物理場景的分析不僅擅於模擬像是流體力學，也擅長模擬、應力學、結構力學、IC、光、電磁場等電子電機，只要符合電磁場這些物理場景的都可以解；換言之，Ansys並不限於某些製造或產品的設計，而能針對物理現象做更多設計。

一直以來，製造商內部存在許多業務孤島、設計孤島、數據孤島，以PCB Layout設計為例，往往需要電性、應力、熱效應等不同團隊各做一次設計，顯見礙於人員溝通、技術溝通等問題，使Summarize設計過程耗時費力，日後萬一出現人員異動，恐導致先前設計成果難以連貫下去。鑒於此，Ansys推出「Minerva」模擬流程與資料管理平台，可將原本需要仰賴人員執行的大量重複性予以自動化，並結合AI/ML判讀機制，形成完整設計管理流程。

前述平台對於深具複雜性的3D IC設計，可望產生極大助益，只因它能讓晶片、封裝、系統等不同Know-how開始透通，使得晶片設計團隊、封裝設計團隊在共同的資料架構下，彼此共用介面、模組及分層權限管理機制，輕易達到協同模擬(CoSim)目標。