СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 64 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 с классическими SPICE-программа- ми. Они заключаются в следующих аспектах. Высокая скорость моделирования обусловлена оригинальными алгорит- мами декомпозиции матриц: ● модификация стандартного алгорит- ма SPICE Sparce1.3; ● модификация современных блочных алгоритмов BBDF и KLU; ● ускоренная работа с декомпозиро- ванными матрицами; ● использование технологий парал- лельных вычислений при декомпо- зиции матрицы. Повышенная точность вычисле- ний. В отличие от классических SPICE- симуляторов SimOne контролирует выполнение законов Кирхгофа для каждой точки вычислений, что позво- ляет получать точные решения, избе- гая ложной сходимости методов. При этом выполняется улучшенный кон- троль локальной погрешности инте- грирования. Высокая производительность дости- гается 64-битной версией программы. Эффективное использование памяти позволяет моделировать схемы боль- ших размерностей. Различные виды анализа схемы могут проводиться одновременно за счёт использования технологии многопоточности. Быстрый и производительный пар- сер SPICE-формата. Поддерживаются следующие SPICE-форматы: SPICE2G, SPICE3, PSPICE, LTSPICE, NGSPICE и HSPICE. О СОБЕННОСТИ АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ SimOne позволяет осуществлять быс- трое и точное моделирование элек- тронных схем. Высокая скорость моде- лирования достигается за счёт приме- нения оригинальных программных технологий, современных численных алгоритмов и технологии параллель- ных вычислений. Основное время в процессе модели- рования тратится на решение систе- мы линейных алгебраических уравне- ний (СЛАУ). Для ускорения процесса моделирования больших схем про- грамма SimOne использует блочные методы проведения матричных опера- ций. Одним из наиболее эффективных методов является метод приведения исходной матрицы системы к блоч- но-окаймлённому виду (1) с последу- ющим применением к матрице прин- ципа дополнения Шура [2]. Использо- вание матрицы в блочно-окаймлённом виде позволяет существенно снизить количество операций, необходимых для решения СЛАУ. Это достигается за счёт независимого решения малых систем с матрицами, являющимися диагональными блоками матрицы исходной системы. . (1) Процесс решения системы (1) с блоч- но-окаймлённой матрицей легко рас- параллеливается. Использование тех- нологий параллельных вычислений также позволяет существенно увели- чить скорость решения СЛАУ на ком- пьютерах с многоядерной архитекту- рой процессора. Алгоритм приведения исходной несимметричной разреженной матри- цы к блочно-окаймлённому виду пред- ложен в работе Antonio Sangiovanni- Vincentelli [5]. В таблице 7 приведены результа- ты сравнений решения нескольких СЛАУ из коллекции разреженных матриц [5] прямым методом LU-раз- ложения (П) и с помощью приведе- ния к блочно-окаймлённому виду (Б). Как видно из результатов, использо- вание алгоритма позволяет на поря- док ускорить процесс получения реше- ния СЛАУ. Таблица 6. Дополнительные виды анализа схемы Вид анализа Linear Technology LTSPICE IV Cadence OrCad 16.5 PSPICE AD Spectrum Software Micro-Cap 11 National Instruments MultiSim 13 Altium Designer 15 SimOne 2.3 Оптимизация Нет Есть Есть Нет Нет Есть Графики измерений Нет Есть Есть Нет Нет Есть Периодические режимы Нет Нет Есть Нет Нет Есть Устойчивость Нет Нет Ограниченно Нет Нет Есть Таблица 7. Результаты решения СЛАУ Матрица Размерность Заполнение, % Время решения, с Ускорение, раз П Б bcsstk34 588 6,36 0,372 0,070 5,1 msc01050 1050 2,74 3,965 0,113 35,2 bcsstm13 2003 0,59 0,551 0,202 2,72 c-18 2169 0,37 0,813 0,072 11,3 bcsstk24 3562 1,29 98,198 1,755 55,9 c-37 8204 0,12 29,038 3,571 8,13 sit100 10262 0,06 238,605 3,732 63,9 tuma2 12992 0,03 51,138 1,168 43,7 ncvxqp9 16554 0,02 62,203 4,176 14,9 rail_20209 20209 0,04 129,676 4,455 29,1 Dtoc 24993 0,01 7,817 1,506 5,2 ncvxbqp1 50000 0,02 8494,010 385,000 22,0 Таблица 8. Время моделирования тестовых схем (в секундах) Схема Linear Technology LTSPICE IV Cadence OrCad 16.5, PSPICE AD Spectrum Software Micro-Cap 11 Altium Designer 15 SimOne 2.5 Synopsys HSPICE Ibmpg1 3671,93 75,47 91,60 43 6,1 8,27 Ibmpg1t 4931,77 540,05 384,6 Отказ 104,2 52,76 Ibmpg2 11090,27 Ошибка чтения 1488,6 2450,18 87,2 66,02 Таблица 5. Многовариантный анализ схемы Вид анализа Linear Technology LTSPICE IV Cadence OrCad 16.5 PSPICE AD Spectrum Software Micro-Cap 11 National Instruments MultiSim 13 Altium Designer 15 SimOne 2.3 Температурный анализ Есть Есть Есть Есть Есть Есть Параметрический анализ Есть Есть Есть Есть Есть Есть Статический анализ Ограниченно Есть Есть Есть Есть Есть Анализ наихудшего случая Нет Есть Есть Есть Есть Есть