JP6156932B2 - Analysis apparatus, analysis method, and computer program - Google Patents
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Description
本発明は、FDTD(Finite Difference Time Domain method)法を用いた電磁界解析の解析技術に関する。 The present invention relates to an analysis technique for electromagnetic field analysis using a FDTD (Finite Difference Time Domain method) method.
近年、時間領域の有限差分法であるFDTD法を用いて電磁界を解析する手法が提案されている。FDTD法は、セルに分割された解析空間において適用される。FDTD法は、計算対象となる解析空間の全体について、計算を実行する周波数に応じたサイズのボクセルに離散化して実行される。ボクセルに離散化された解析空間のモデルをボクセルモデルという。 In recent years, a method for analyzing an electromagnetic field using the FDTD method which is a finite difference method in a time domain has been proposed. The FDTD method is applied in an analysis space divided into cells. The FDTD method is executed by discretizing the entire analysis space to be calculated into voxels having a size corresponding to the frequency at which the calculation is performed. An analysis space model discretized into voxels is called a voxel model.
FDTD法を用いて電波の伝搬特性解析等の電磁界シミュレーションを実施する場合、解析空間内に配する電波の波源(例えばアンテナ)や周囲環境を直方体の微小ブロック(Yeeセル)で再現したボクセルモデルを構築する必要がある。FDTD法は、ボクセルモデルを構成する全てのボクセルに対して、マックスウェル方程式を空間・時間領域での差分方程式に展開して逐次計算することで、電場・磁場を決定する。FDTD法を用いた電磁界解析は、一般的に計算量が多く時間を要する。このような問題を解決するために、FDTD法を用いた電磁界解析に要する時間を削減する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 When performing electromagnetic field simulation such as radio wave propagation characteristics analysis using the FDTD method, a voxel model that reproduces the radio wave source (eg, antenna) and surrounding environment in the analysis space with a rectangular parallelepiped micro-block (Yee cell) Need to build. In the FDTD method, the electric field / magnetic field is determined by developing the Maxwell equation into a differential equation in the space / time domain and sequentially calculating it for all voxels constituting the voxel model. Electromagnetic field analysis using the FDTD method is generally computationally intensive and takes time. In order to solve such a problem, a technique for reducing the time required for electromagnetic field analysis using the FDTD method has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、FDTD法では、計算に必要なボクセル毎のパラメータがメモリに保持される。そのため、計算時に大量のメモリアクセスが発生し、計算時間が長くなるという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、FDTD法を用いた電磁界解析において、計算時のメモリアクセスの頻度を低減し、計算時間を短縮する技術を提供することを目的としている。
However, in the FDTD method, parameters for each voxel necessary for calculation are held in a memory. Therefore, there is a problem that a large amount of memory access occurs at the time of calculation and the calculation time becomes long.
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique for reducing the frequency of memory access during calculation and reducing the calculation time in electromagnetic field analysis using the FDTD method.
本発明の一態様は、離散化された解析空間の複数モデルに関する計算に使用されるパラメータを読み込む読込部と、前記パラメータを前記複数モデル間で共通化する共通化部と、前記複数モデルに対して、前記読込部によって読み込まれた前記パラメータを用いてFDTD法により計算を行う計算部と、を備え、前記共通化部は、前記複数モデルの全てのモデルにおいて共通するパラメータをグループ化し、前記読込部は、前記複数モデルの計算に必要なパラメータを、前記共通化部によってグループ化された単位でまとめて読み込みを行う、解析装置である。 One aspect of the present invention includes a reading unit that reads parameters used for calculation related to a plurality of models in a discretized analysis space, a common unit that shares the parameters among the plurality of models, and the plurality of models. A calculation unit that performs a calculation by the FDTD method using the parameters read by the reading unit, and the commoning unit groups parameters common to all models of the plurality of models, and the reading unit The unit is an analysis device that reads parameters necessary for the calculation of the plurality of models collectively in units grouped by the common unit.
本発明の一態様は、離散化された解析空間の複数モデルに関する計算に使用されるパラメータを読み込む読込ステップと、前記パラメータを前記複数モデル間で共通化する共通化ステップと、離散化された解析空間の複数モデルに対して、前記読込ステップによって読み込まれた前記パラメータを用いてFDTD法により計算を行う計算ステップと、を有し、前記共通化ステップでは、前記複数モデルの全てのモデルにおいて共通するパラメータをグループ化し、前記読込ステップでは、前記複数モデルの計算に必要なパラメータを、前記共通化ステップにおいてグループ化された単位でまとめて読み込みを行う、解析方法である。 One aspect of the present invention includes a reading step for reading parameters used for calculation related to a plurality of models in a discretized analysis space, a common step for sharing the parameters among the plurality of models, and a discretized analysis. A calculation step of performing calculation by the FDTD method using the parameters read by the reading step for a plurality of models in the space, and the commoning step is common to all the models of the plurality of models In the analysis method, the parameters are grouped and the parameters required for the calculation of the plurality of models are collectively read in the unit grouped in the commonization step in the reading step.
本発明の一態様は、上記の解析装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムである。 One embodiment of the present invention is a computer program for causing a computer to function as the analysis apparatus.
本発明により、FDTD法を用いた電磁界解析において、計算時のメモリアクセスの頻度を低減し、計算時間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, in the electromagnetic field analysis using the FDTD method, the frequency of memory access at the time of calculation can be reduced and the calculation time can be shortened.
[概要]
FDTD法を用いた電磁界解析では、ボクセルモデルを構成する全てのボクセルについて、マックスウェル方程式が空間・時間領域での差分方程式に展開される。展開された式に基づいて逐次計算が行われることにより、電場・磁場が決定される。FDTD法では、解析対象の時間が複数の単位時間(以下、「時間ステップ」という。)に分割される。ボクセルモデルを構成する全てのボクセルについて電場・磁場の計算が時間ステップ毎に行われる。ある時間ステップn(nは1以上の整数)における電場・磁場が算出されると、時間ステップnにおいて決定された電場・磁場に基づいて、次の時間ステップ(n+1)における電場・磁場が決定される。そのため、FDTD法では、次の時間ステップに処理が移行する際に、解析対象のボクセルモデルを構成する全てのボクセルの媒質定数の読み込みが行われる。媒質定数とは、波動が伝播する場を構成する物質・物体における、波動の伝わり易さを表す定数である。例えば、媒質定数は、誘電率、透磁率である。FDTD法では、ボクセル毎の媒質定数が必要である。そのため、解析の対象となる空間によっては膨大な回数のメモリアクセスが発生する。
実施形態の解析装置は、計算に必要な媒質定数の読み込みおいて発生するメモリアクセスの回数を低減することによって、FDTD法を用いた電磁界解析に要する計算時間を短縮する。実施形態の手法によって得られる効果を明確にするために、まず、従来手法における媒質定数の読み込みの方法について説明する。
[Overview]
In the electromagnetic field analysis using the FDTD method, the Maxwell equation is expanded into a difference equation in the space / time domain for all voxels constituting the voxel model. An electric field and a magnetic field are determined by performing sequential calculation based on the developed formula. In the FDTD method, the time to be analyzed is divided into a plurality of unit times (hereinafter referred to as “time steps”). Electric field / magnetic field calculation is performed at every time step for all the voxels constituting the voxel model. When the electric field / magnetic field at a certain time step n (n is an integer of 1 or more) is calculated, the electric field / magnetic field at the next time step (n + 1) is determined based on the electric field / magnetic field determined at the time step n. The Therefore, in the FDTD method, when the processing shifts to the next time step, the medium constants of all the voxels constituting the voxel model to be analyzed are read. The medium constant is a constant representing the ease of propagation of the wave in the substance / object constituting the field where the wave propagates. For example, the medium constant is a dielectric constant or a magnetic permeability. In the FDTD method, a medium constant for each voxel is required. Therefore, an enormous number of memory accesses occur depending on the space to be analyzed.
The analysis apparatus according to the embodiment reduces the calculation time required for the electromagnetic field analysis using the FDTD method by reducing the number of memory accesses that occur when reading the medium constant necessary for the calculation. In order to clarify the effects obtained by the method of the embodiment, first, a method for reading the medium constant in the conventional method will be described.
図1及び図2は、FDTD法を用いて解析を行う対象のボクセルモデルの具体例を表す図である。図1及び図2は、同じ列車の車両内部の空間を解析の対象としたボクセルモデルである。図1は、車両内部に乗客がいない状態のボクセルモデル(以下、「モデル1」という。)である。図2は、車両内部の全座席に乗客が着席した状態のボクセルモデル(以下、「モデル2」という。)である。
図3は、モデル1のボクセルモデルを簡易的に表した模式図である。図3は、モデル1のボクセルモデルが車両を構成するモデル(車両モデル)のみで構成されていることを表している。
図4は、モデル2のボクセルモデルを簡易的に表した模式図である。図4は、モデル2のボクセルモデルが、車両モデルと、車両内部の座席に着席した人体部分を構成するモデル(人体モデル)とで構成されていることを表している。
1 and 2 are diagrams illustrating specific examples of a voxel model to be analyzed using the FDTD method. 1 and 2 are voxel models in which the space inside the vehicle of the same train is the object of analysis. FIG. 1 is a voxel model (hereinafter referred to as “model 1”) in a state where no passengers are present inside the vehicle. FIG. 2 is a voxel model (hereinafter referred to as “
FIG. 3 is a schematic diagram simply showing the voxel model of model 1. FIG. 3 shows that the voxel model of the model 1 is composed only of models (vehicle models) that constitute the vehicle.
FIG. 4 is a schematic diagram simply showing the voxel model of
FDTD法を用いた複数モデルの計算手法には、2つの従来手法がある。一方は、各モデルの計算を直列で行う手法(以下、「従来手法1」という。)である。他方は、各モデルの計算を時間ステップ毎に並列で行う手法(以下、「従来手法2」という。)である。
図5は、従来手法を用いた解析装置100の機能構成を表した機能ブロック図である。解析装置100は、制御部10、FDTD算出部11、解析空間情報メモリ12、ボクセルモデル保存メモリ13及び媒質定数読込部14を備える。
There are two conventional methods for calculating a plurality of models using the FDTD method. One is a method of performing calculation of each model in series (hereinafter referred to as “conventional method 1”). The other is a method of calculating each model in parallel for each time step (hereinafter referred to as “
FIG. 5 is a functional block diagram showing a functional configuration of the
制御部10は、解析装置100の全体の動作を制御する。
FDTD算出部11は、FDTD法を用いた電磁界解析の各種計算処理を実行する。FDTD算出部11は、FDTD算出部11aと、電界成分吸収境界条件計算部11bと、磁界成分計算部11cと、磁界成分吸収境界条件計算部11dとを備える。
The
The
解析空間情報メモリ12は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。解析空間情報メモリ12は、解析空間の構成を座標系の情報とともに記憶する。解析空間情報メモリ12には、解析空間上の各点に対応する媒質定数の値も記憶される。
ボクセルモデル保存メモリ13は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。ボクセルモデル保存メモリ13は、ボクセルモデルの情報を記憶する。
媒質定数読込部14は、計算対象のボクセルに対応する媒質定数を解析空間情報メモリ12から読み出す。
The analysis
The voxel
The medium
図6は、FDTD法を用いた計算手法に従来手法1を用いた場合の、媒質定数の読み込みのタイミングを表した図である。従来手法1では、モデル1及びモデル2の計算が直列で行われる。また、従来手法1では、モデル毎に全ての時間ステップについて計算が行われる。
図7は、FDTD法を用いた電磁界解析の計算に従来手法1を用いた場合の処理の流れを表すフローチャートである。まず、制御部10は、ボクセルモデル保存メモリ13から、計算を行う対象のボクセルモデルを読み込む(ステップS101)。
FIG. 6 is a diagram showing the reading timing of the medium constant when the conventional method 1 is used as the calculation method using the FDTD method. In the conventional method 1, the calculation of the model 1 and the
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing when the conventional method 1 is used for calculation of electromagnetic field analysis using the FDTD method. First, the
制御部10は、解析空間情報メモリ12から、計算対象のボクセルモデルに適用する3次元空間の座標の絶対値の情報を読み込む(ステップS102)。3次元空間の座標の絶対値の情報とは、例えば、解析空間の構造を規定する3次元CADデータ(3D−CADデータ)などである。制御部10は、入力された3次元空間の座標の絶対値をボクセルモデルに適用し、ボクセルの座標に対応する3次元配列を生成する。制御部10は、ボクセルモデルに対応する配列を生成すると、各座標値に対応する媒質定数を割り当てる(ステップS103)。
The
制御部10は、計算を行う対象の時刻に時間ステップを更新する(ステップS104)。制御部10は、現在の時間ステップに所定の単位時間を加算した時刻を新しい時間ステップとする。媒質定数読込部14は、計算対象のボクセルモデルの計算対象のボクセルについて、媒質定数の読み込みを行う(ステップS105)。
The
FDTD算出部11は、現在の時間ステップの電磁界成分の計算のために、計算対象のボクセルの直前の時間ステップの電磁界成分を読み込む(ステップS106)。FDTD算出部11は、直前の時間ステップの電磁界成分に基づいて、計算対象のボクセルの現在の時間ステップにおける電磁界成分を計算する(ステップS107)。
The
制御部10は、計算対象のボクセルにおける電磁界成分の計算が終了すると、現在の時間ステップにおいて、計算対象のボクセルモデルの全てのボクセルについて電磁界成分の計算が終了したか否かを判定する(ステップS108)。現在の時間ステップにおいて計算が終了していないボクセルが存在している場合(ステップS108−NO)、処理がステップS105に戻り、計算が終了していないボクセルについて電磁界成分の計算が継続される。
When the calculation of the electromagnetic field component in the calculation target voxel is completed, the
一方、現在の時間ステップにおいて全てのボクセルの計算が終了した場合(ステップS108−YES)、制御部10は、電磁界成分の計算が収束したか否かを判定する(ステップS109)。電磁界成分の計算が収束していない場合(ステップS109−NO)、処理がステップS104に戻り、電磁界成分の計算が収束するまで計算が継続される。
On the other hand, when calculation of all voxels is completed in the current time step (step S108-YES), the
一方、電磁界成分の計算が収束した場合(ステップS109−YES)、制御部10は、全てのボクセルモデルについて計算が終了したか否かを判定する(ステップS110)。計算が終了していないボクセルモデルが存在する場合(ステップS110−NO)、処理がステップS101に戻り、計算が終了していないボクセルモデルについての計算が継続される。一方、全てのボクセルモデルについて計算が終了した場合(ステップS110−YES)、解析装置100は、解析処理を終了し結果を出力する。
On the other hand, when the calculation of the electromagnetic field component has converged (YES in step S109), the
図8は、FDTD法を用いた計算手法に従来手法2を用いた場合の、媒質定数の読み込みのタイミングを表した図である。従来手法2では、モデル1及びモデル2の計算が並列で行われる。また、従来手法2では、時間ステップ毎に全てのボクセルモデルについて計算が行われる。
図9は、FDTD法による電磁界解析の計算に従来手法2を用いた場合の処理の流れを表すフローチャートである。まず、制御部10は、ボクセルモデル保存メモリ13から、計算を行う対象の全てのボクセルモデルを読み込む(ステップS201)。
FIG. 8 is a diagram showing the reading timing of the medium constant when the
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing when the
制御部10は、解析空間情報メモリ12から、各ボクセルモデルに適用する3次元空間の座標の絶対値の情報を読み込む(ステップS202)。制御部10は、入力された3次元空間の座標の絶対値を各ボクセルモデルに適用し、ボクセルの座標に対応する3次元配列を生成する。制御部10は、ボクセルモデルに対応する配列を生成すると、各モデルの各座標値に対応する媒質定数を割り当てる(ステップS203)。
The
制御部10は、計算を行う対象の時刻に時間ステップを更新する(ステップS204)。制御部10は、現在の時間ステップに所定の単位時間を加算した時刻を新しい時間ステップとする。媒質定数読込部14は、計算対象の各ボクセルモデルの計算対象のボクセルについて、媒質定数の読み込みを行う(ステップS205)。
The
FDTD算出部11は、現在の時間ステップの電磁界成分の計算のために、計算対象のボクセルの直前の時間ステップの電磁界成分を読み込む(ステップS206)。FDTD算出部11は、直前の時間ステップの電磁界成分に基づいて、計算対象のボクセルの現在の時間ステップにおける電磁界成分を計算する(ステップS207)。
The
制御部10は、計算対象のボクセルにおける電磁界成分の計算が終了すると、現在の時間ステップにおいて、全てのボクセルモデルの全てのボクセルについて電磁界成分の計算が終了したか否かを判定する(ステップS208)。現在の時間ステップにおいて計算が終了していないボクセルが存在している場合(ステップS208−NO)、処理がステップS205に戻り、計算が終了していないボクセルについて電磁界成分の計算が継続される。
When the calculation of the electromagnetic field component in the calculation target voxel is completed, the
一方、現在の時間ステップにおいて全てのボクセルの計算が終了した場合(ステップS208−YES)、制御部10は、電磁界成分の計算が収束したか否かを判定する(ステップS209)。電磁界成分の計算が収束していない場合(ステップS209−NO)、処理がステップS204に戻り、電磁界成分の計算が継続される。一方、電磁界成分の計算が収束した場合(ステップS209−YES)、解析装置100は、解析処理を終了し結果を出力する。
On the other hand, when calculation of all voxels is completed in the current time step (step S208—YES), the
以上のように、従来手法によるFDTD法を用いた電磁界解析では、従来手法1及び従来手法2のいずれにおいても、同じ回数の媒質定数の読み込みが発生する。すなわち、一つのモデルの計算に要する時間をT、計算対象のボクセルモデルのボクセル数をN、計算対象のモデルの数をMとした場合、一つのモデルの計算で発生する媒質定数の読み込みによるメモリアクセスの回数は、M×T×N回となる。
実施形態の解析装置は、計算に必要な媒質定数の読み込みおいて発生するメモリアクセスの回数を低減することによって、FDTD法を用いた電磁界解析に要する計算時間を短縮する。
以下、実施形態の解析装置について説明する。
As described above, in the electromagnetic field analysis using the FDTD method according to the conventional method, the medium constant is read the same number of times in both the conventional method 1 and the
The analysis apparatus according to the embodiment reduces the calculation time required for the electromagnetic field analysis using the FDTD method by reducing the number of memory accesses that occur when reading the medium constant necessary for the calculation.
Hereinafter, the analysis apparatus of the embodiment will be described.
[実施形態]
図10は、実施形態の解析装置100aの機能構成を表す機能ブロック図である。解析装置100aは、媒質定数共通化部15を備える点で、図5に示した従来手法を用いた解析装置100と異なる。
[Embodiment]
FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of the
媒質定数共通化部15は、全てのボクセルモデル間で共通する媒質定数を持つボクセルを共通部分としてグループ化する。また、媒質定数共通化部15は、共通部分以外のボクセルを非共通部分としてグループ化する。例えば、図3及び図4の例の場合、媒質定数共通化部15は、人体部分(人体モデル)を非共通部分とし、人体部分(人体モデル)以外の車両部分(車両モデル)を共通部分としてグループ化する。媒質定数共通化部15は、このようにグループ化された共通部分及び非共通部分の情報をグループ化情報として、解析空間情報メモリ12に保存する。
The medium
図11は、実施形態の解析装置100aにおける媒質定数の読み込みを表した図である。実施形態の解析装置100aでは、従来手法2と同様にモデル1及びモデル2の計算を並列で行い、時間ステップ毎に全てのボクセルモデルについて計算を行う。
FIG. 11 is a diagram illustrating reading of a medium constant in the
図12は、実施形態の解析装置100aが電磁界解析の計算を行う流れを表すフローチャートである。まず、制御部10は、ボクセルモデル保存メモリ13から、計算を行う対象の全てのボクセルモデルを読み込む(ステップS301)。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow in which the
制御部10は、解析空間情報メモリ12から、各ボクセルモデルに適用する3次元空間の座標の絶対値の情報を読み込む(ステップS302)。制御部10は、入力された3次元空間の座標の絶対値を各ボクセルモデルに適用し、ボクセルの座標に対応する3次元配列を生成する。制御部10は、ボクセルモデルに対応する配列を生成すると、各モデルの各座標値に対応する媒質定数を割り当てる(ステップS303)。
The
媒質定数共通化部15は、ステップS303においてボクセルに割り当てられた媒質定数を、各ボクセルモデル間で共通化する(ステップS304)。具体的には、媒質定数共通化部15は、各ボクセルモデル間で同じ座標に位置するボクセルに割り当てられた媒質定数を比較する。媒質定数共通化部15は、比較の結果、全てのボクセルモデル間で同一の媒質定数を有するボクセルを共通部分として定義する。また、媒質定数共通化部15は、共通部分として定義されなかったボクセルを非共通部分として、ボクセルモデル毎に定義する。媒質定数共通化部15は、共通部分及び非共通部分のボクセルの定義と、共通部分及び非共通部分に対応する媒質定数とを組み合わせた情報を、媒質定数の共通化情報として解析空間情報メモリ12に保存する。
The medium
制御部10は、計算を行う対象の時刻に時間ステップを更新する(ステップS305)。制御部10は、現在の時間ステップに所定の単位時間を加算した時刻を新しい時間ステップとする。
媒質定数読込部14は、計算対象の各ボクセルモデルの計算対象のボクセルについて、媒質定数の読み込み処理を行う(ステップS306)。
The
The medium
図13は、媒質定数の読み込み処理の流れを表すフローチャートである。
まず、媒質定数読込部14は、計算対象のボクセルモデルについて、計算対象のボクセルに対応する媒質定数が読み込まれているか否かを判定する(ステップS401)。既に媒質定数が読み込まれている場合(ステップS401−YES)、媒質定数読込部14は、媒質定数の読み込みを行うことなく処理を終了する。一方、媒質定数が読み込まれていない場合(ステップS401−NO)、媒質定数読込部14は、解析空間情報メモリ12に記憶されている媒質定数の共通化情報を参照する(ステップS402)。
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the medium constant reading process.
First, the medium
媒質定数読込部14は、媒質定数の共通化情報から、対象のボクセルが共通部分であるか否かを判定する(ステップS403)。対象のボクセルが共通部分である場合(ステップS403−YES)、媒質定数読込部14は、対象のボクセルに対応する媒質定数を読み込む(ステップS404)。そして、媒質定数読込部14は、読み込んだ媒質定数を、共通する全てのボクセルモデルの対応するボクセルの媒質定数に設定する(ステップS204)。
一方、対象のボクセルが共通部分でない場合(ステップS403−NO)、媒質定数読込部14は、対象のボクセルが属するボクセルモデルの非共通部分の媒質定数を読み込む(ステップS405)。
The medium
On the other hand, when the target voxel is not a common part (step S403-NO), the medium
図12の説明に戻る。FDTD算出部11は、現在の時間ステップの電磁界成分の計算のために、計算対象のボクセルの直前の時間ステップの電磁界成分を読み込む(ステップS307)。
FDTD算出部11は、直前の時間ステップの電磁界成分に基づいて、計算対象のボクセルの現在の時間ステップにおける電磁界成分を計算する(ステップS308)。
Returning to the description of FIG. The
The
制御部10は、計算対象のボクセルにおける電磁界成分の計算が終了すると、現在の時間ステップにおいて、全てのボクセルモデルの全てのボクセルについて電磁界成分の計算が終了したか否かを判定する(ステップS309)。現在の時間ステップにおいて計算が終了していないボクセルが存在している場合(ステップS309−NO)、処理がステップS306に戻り、計算が終了していないボクセルについて電磁界成分の計算が継続される。
When the calculation of the electromagnetic field component in the calculation target voxel is completed, the
一方、現在の時間ステップにおいて全てのボクセルの計算が終了した場合(ステップS309−YES)、制御部10は、電磁界成分の計算が収束したか否かを判定する(ステップS310)。電磁界成分の計算が収束していない場合(ステップS310−NO)、処理がステップS305に戻り、電磁界成分の計算が継続される。
一方、電磁界成分の計算が収束した場合(ステップS310−YES)、解析装置100aは、解析処理を終了し結果を出力する。
On the other hand, when calculation of all voxels is completed in the current time step (step S309—YES), the
On the other hand, when the calculation of the electromagnetic field component has converged (step S310—YES), the
このように構成された実施形態の解析装置100aでは、電磁界解析の計算に必要なボクセル毎の媒質定数の読み込みをボクセルモデル間で共通化することによって、並列して計算されるボクセルモデルの媒質定数の読み込みの重複が排除される。そのため、媒質定数の読み込みに要するメモリアクセスの回数が削減される。その結果、FDTD法による電磁界解析の計算速度を向上させることが可能となる。
In the
例えば、図3及び図4の例において、ボクセルモデルの数をM、ボクセルモデルを構成するボクセルの数をN、ボクセルモデルを構成するボクセルのうち非共通部分のボクセルの数をP、FDTD法による計算を終了するまでに必要な時間ステップ数をTとした場合を考える。
従来のFDTD法では、計算時の媒質定数の更新によって発生するメモリアクセスの回数は、M×N×T回であったのに対し、本実施形態では、{(N−P)+P×M}×T回となる。
M×N×T−{(N−P)+P×M}×T=(M−1)×T×P
すなわち本実施形態のFDTD法では、従来のFDTD法と比較して(M−1)×T×P回のメモリアクセスを削減することができ、並列して計算を行うボクセルモデルが多いほど高い削減効果を得ることができる。また、本実施形態のFDTD法では、解析の初期段階のみなど限定的なタイミングで効果が得られるのではなく、処理の全時間において効果が得られる。
For example, in the example of FIGS. 3 and 4, the number of voxel models is M, the number of voxels constituting the voxel model is N, the number of voxels in the non-common part among the voxels constituting the voxel model is P, and the FDTD method is used. Consider a case where T is the number of time steps required to complete the calculation.
In the conventional FDTD method, the number of memory accesses generated by updating the medium constant at the time of calculation is M × N × T times, whereas in this embodiment, {(N−P) + P × M} × T times.
M * N * T-{(NP) + P * M} * T = (M-1) * T * P
That is, in the FDTD method of the present embodiment, (M−1) × T × P memory accesses can be reduced compared to the conventional FDTD method, and the higher the voxel models that perform calculations in parallel, the higher the reduction. An effect can be obtained. Further, in the FDTD method of the present embodiment, an effect is not obtained at a limited timing such as only in the initial stage of analysis, but an effect is obtained in the entire processing time.
上述した実施形態における解析装置100aをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
You may make it implement | achieve the
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
100、100a…解析装置, 10…制御部, 11…FDTD算出部, 11a…電界成分計算部, 11b…電界成分吸収境界条件計算部, 11c…磁界成分計算部, 11d…磁界成分吸収境界条件計算部, 12…解析空間情報メモリ, 13…ボクセルモデル保存メモリ, 14…媒質定数読込部, 15…媒質定数共通化部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記パラメータを前記複数モデル間で共通化する共通化部と、
前記複数モデルに対して、前記読込部によって読み込まれた前記パラメータを用いてFDTD法により計算を行う計算部と、
を備え、
前記共通化部は、前記複数モデルの全てのモデルにおいて共通するパラメータをグループ化し、
前記読込部は、前記複数モデルの計算に必要なパラメータを、前記共通化部によってグループ化された単位でまとめて読み込みを行う、解析装置。 A reading unit for reading in parameters used for calculations on multiple models of the discretized analysis space;
A common unit for sharing the parameters among the plurality of models;
For the plurality of models, a calculation unit that performs calculation by the FDTD method using the parameters read by the reading unit;
With
The common unit groups parameters common to all models of the plurality of models,
The analysis unit, wherein the reading unit collectively reads parameters necessary for the calculation of the plurality of models in units grouped by the commoning unit.
前記読込部が、離散化された解析空間の複数モデルに関する計算に使用されるパラメータを読み込む読込ステップと、
前記共通化部が、前記パラメータを前記複数モデル間で共通化する共通化ステップと、
前記計算部が、離散化された解析空間の複数モデルに対して、前記読込ステップによって読み込まれた前記パラメータを用いてFDTD法により計算を行う計算ステップと、
を有し、
前記共通化ステップでは、前記共通化部が、前記複数モデルの全てのモデルにおいて共通するパラメータをグループ化し、
前記読込ステップでは、前記読込部が、前記複数モデルの計算に必要なパラメータを、前記共通化ステップにおいてグループ化された単位でまとめて読み込みを行う、解析方法。 An analysis method executed by an analysis device including a reading unit, a common unit, and a calculation unit,
A step of reading the parameters used for calculation related to a plurality of models of the discretized analysis space;
A commonization step in which the commonization unit shares the parameters among the plurality of models;
A calculation step in which the calculation unit calculates a plurality of models of the discretized analysis space by the FDTD method using the parameters read by the reading step;
Have
In the sharing step, the sharing unit groups parameters common to all models of the plurality of models,
In the reading step, the reading unit is a parameter necessary for the calculation of the multiple models, to read collectively in units grouped in said consolidating step, the analysis method.
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