電磁界解析向け マシン選定のポイント
電磁界解析とは
電磁界解析とは、電磁界の挙動をシミュレーションする手法で、主にEMC（Electromagnetic Compatibility：電磁両立性）の解析に用いられます。
EMCは、電子情報機器の高速化や製品サイクルの短期化によって重要性が増しており、設計段階からEMC対策を考慮する必要があります。
| ※EMC（Electromagnetic Compatibility：電磁両立性） 電子機器やシステムが電磁波の影響を受けずに正常に動作すること。周囲の電磁環境からの干渉を最小限にし、自らも他の機器に干渉を与えない設計が求められます。 |
電磁界解析にはさまざまな手法がありますが、代表例としてはモーメント法、有限要素法、有限差分時間領域法が挙げられます。
モーメント法は放射問題の解析に有効で、一様な誘電物質からなる構造のEMC解析に向いています。
有限要素法は不均質構造の解析に適しており、モーメント法ほど放射問題をモデル化できませんが、全面積をメッシュするため、広範な解析が可能です。
有限差分時間領域法は過渡解析に適しており、複雑な不均質構造のモデリングにも優れています。
電磁界解析の利点は、設計段階でEMC対策を行うことができる点です。シミュレータを用いて電磁界と対象物との相互作用を計算することで、放射エミッションやノイズ問題を事前に検討できるため、実際の試作品を作成する前に問題を発見し、改善することができます。
ただし、シミュレーションにも限界があり、解析対象の精密な電流分布を求めることが難しいため、一部の場合には実験結果との差異が生じることもあります。そのため、シミュレーションと実験を組み合わせることが重要です。
電子情報機器の高度化に伴い、電磁界解析はますます重要性を増しています。EMC対策を効果的に行い、製品の性能と信頼性を確保するために、電磁界解析を駆使した設計手法が更に発展すると考えられます。
| 手法 | モーメント法（MoM） | 有限要素法（FEM） | 有限差分時間領域法（FDTD） |
|---|---|---|---|
| 概要 | 電磁界解析の手法の一つで、物体の表面に分布する電流や電荷のモーメントを考慮して電磁場を解析する。 | 解析対象を要素に分割し、各要素内で電磁場の挙動を解析。不均質な構造や複雑な形状に適している。 | 解析空間を離散的な格子に分割し、時間領域でマックスウェル方程式を解析。過渡解析に優れている。 |
| 特徴 |
・放射問題の解析に優れている。 ・完全導体と一様な誘電物質の解析にも適している。 ・複雑な不均一な構造の解析には適さない。 |
・不均質な構造のモデリングに適している。 ・モーメント法より計算コストが高くなる場合がある。 ・計算リソースの制約がある場合、解析時間が長くなる。 ・目的に応じて解析条件を柔軟に調整できる。 |
・時間領域での解析が可能で、過渡解析に適している。 ・高い時間解像度で解析が行える。 ・複雑な不均質構造のモデリングに非常に優れている。 |
使用される主要ソフトウェアと求められるPCスペック
実際の計算処理においては、特定のソフトウェアを利用することが考えられます。
以下はソフトウェアごとの動作スペックと推奨スペックをまとめた一覧です。情報は2023年8月時点の情報ですので、予めご承知おきください。
| ソフトウェア名 | 動作スペック | 推奨スペック |
|---|---|---|
| Ansys Electromagnetics Suite (Ansys EMAG) |
CPU: Intel Core i5以上、AMD Ryzen 5以上 メモリ: 16GB以上 GPU: NVIDIA QuadroまたはRTXシリーズ、またはAMD Radeon Proシリーズ ストレージ: 256 GB以上の空き容量を持つSSD |
CPU: Intel Core i7以上、AMD Ryzen 7以上 メモリ: 32GB以上 GPU: NVIDIA QuadroまたはRTXシリーズ、またはAMD Radeon Proシリーズ ストレージ: 512 GB以上の空き容量を持つSSD |
| ANSYS Lumerical | CPU: Intel Core i5またはAMD Ryzen 5以上 メモリ: 8GB以上 GPU: グラフィックスカードは必須ではないが、高性能なGPUがあるとシミュレーションのパフォーマンスが向上します ストレージ: 200 GB以上の空き容量を持つSSD |
CPU: Intel Core i7またはAMD Ryzen 7以上 メモリ: 16GB以上 GPU: NVIDIA RTXまたはAMD Radeon Proシリーズなどの高性能なGPU ストレージ: 500 GB以上の空き容量を持つSSD |
| CST Studio Suite | CPU: Intel Core i5または同等のプロセッサ メモリ: 4GB以上 GPU: OpenGL互換 ストレージ: 30GB以上の空き容量 |
CPU: Intel Xeonプロセッサ メモリ: 16GB以上 GPU: OpenGL互換の高性能ビデオカード ストレージ: 100GB以上の空き容量 |
| COMSOL Multiphysics |
CPU: SSE4命令セットを持つIntelまたはAMDプロセッサ |
CPU: より高性能なIntelまたはAMDプロセッサ |
| Remcom XFdtd | CPU: クアッドコア Intel Core i3 プロセッサ メモリ: 8 GB RAM GPU: NVIDIA CUDA 対応 GPU カード（Compute Capability 2.0 以上） ストレージ: 250 GB の空き容量 |
CPU: クアッドコア Intel Core i7 またはデュアル Intel Xeon 8 コアプロセッサ メモリ: 32 GB 以上 (64 GB 以上を推奨) GPU: NVIDIA Tesla P100 以上を推奨 (NVIDIA Tesla V100を推奨) ストレージ: 2 TB 以上 (5 TB 以上を推奨) |
上記はあくまで目安としてのスペックです。実際の計算内容や各種条件によって必要なスペックは異なります。
ご自身の用途や条件に最適な構成をおしりになりたい場合には、ぜひお気軽にお問い合わせください。
テグシスの提案事例 -電磁界解析-
テグシスでは電磁界解析を用いた研究開発に携わるお客様へ、多数のPC構成をご提案した実績がございます。
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