建立多物理模拟基础 优化设计流程管理效能

Ansys安矽思科技技术总监魏培森博士。DIGITIMES摄

随着工业4.0风潮崛起，使数码孪生(Digital Twin)蔚为新宠，一般做法都透过众多传感器，把实际东西Mapping到数码模型，此数码模型植基于Managed Data或Feedback Data，不见得涵盖真实世界所有场景。相形之下，倘若回归最原始物理的Simulation-based模拟方式，即可弥补上述缺憾，因而愈来愈受重视。

在Simulation-based市场享有最高占有率的安矽思科技(Ansys)，其技术总监魏培森表示，多数制造工厂在采用PLM、ERP等管理流程之余，现在积极导入数码孪生，以期提高产品价值并降低维护预算。

Ansys建议，因应产品设计日趋复杂，工程师时间愈来愈压缩，模拟方案的重要性与日俱增；以自驾车为例，车厂长期以来透过实体车的行驶来收集场景，以致作为车上安装众多传感器制动准则，以判断前方是否有危险场景，但此举不足以场景的收集多样且复杂，实体车的行驶并没有办法收集所有的场景，确认个个传感器是否正常动作。因像有时车子是行驶在崎岖的山路或是隧道，雷达的侦测或许不足需要搭配影像传感。有时黄昏、下雨或甚至下雪之际影像传感或许不恰当，需要搭配其他的传感器是不动作的。反观模拟、再搭配HPC，任何场景都能计算得清清楚楚，确认所有传感器都能适时动作，万无一失。

「Ansys可协助将所有事物数码化，让电脑读得懂，再透过大数据、AI/ML进行处理，以达到元件、系统或产线最佳化。」魏培森说，更重要的，透过模拟还可预测未来，例如藉由老化分析，研判此物体在正常温度下还可使用几年；抑或可靠度分析，观察在极低温、极高温间快速切换下，将使此产品的可用度发生何等变化；这些事项，若透过真实测试来进行，势必得耗费大量时间与成本。

而Ansys最擅长之处，即是多物理模拟。比方说汽车，制造商期望它兼具省油、耐震、通讯品质良好等优势，因而需要同时考量众多物理量，此时可利用Ansys解决方案营造Co-Design场景，借此大幅简化设计流程，加速设计最佳化的结构、流体与电性。魏培森指出，Ansys的软件着重在物理场景的分析不仅擅于模拟像是流体力学，也擅长模拟、应力学、结构力学、IC、光、电磁场等电子电机，只要符合电磁场这些物理场景的都可以解；换言之，Ansys并不限于某些制造或产品的设计，而能针对物理现象做更多设计。

一直以来，制造商内部存在许多业务孤岛、设计孤岛、数据孤岛，以PCB Layout设计为例，往往需要电性、应力、热效应等不同团队各做一次设计，显见碍于人员沟通、技术沟通等问题，使Summarize设计过程耗时费力，日后万一出现人员异动，恐导致先前设计成果难以连贯下去。鉴于此，Ansys推出「Minerva」模拟流程与数据管理平台，可将原本需要仰赖人员执行的大量重复性予以自动化，并结合AI/ML判读机制，形成完整设计管理流程。

前述平台对于深具复杂性的3D IC设计，可望产生极大助益，只因它能让芯片、封装、系统等不同Know-how开始透通，使得芯片设计团队、封装设计团队在共同的数据架构下，彼此共享界面、模块及分层权限管理机制，轻易达到协同模拟(CoSim)目标。