멀티피직스 해석, 전기전자 해석, 플라스마 해석, VizGlow   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : Esgee Technologies, www.esgeetech.com ■ 자료 제공 : 경원테크, 031-706-2886, www.kw-tech.com VizGlow는 비평형 플라스마 해석을 위한 소프트웨어이다. VizGlow는 전자기장, 유동, 파티클 등의 여러 해석 모듈을 사용하여 복잡한 다중물리(Multiphysics) 문제에 대해 다양한 방법의 해결방법을 제공한다. VizGlow는 수십 mTorr의 저압 영역에서부터 대기압 부근, 고압 스트리머까지 다양한 범위의 압력 영역에서의 플라스마 현상을 해석하는데 사용할 수 있다. VizGlow는 완전한 병렬 연산 모듈을 제공하여 복잡한 형상의 3D 모델 플라스마 해석에도 사용될 수 있다. 1. 제품의 주요 특징 (1) 1-D/2-D/3-D 비평형 플라스마 해석 제공 (2) 완전한 병렬 연산(MPI Parallel) 모듈 제공 (3) 정렬/비정렬 혼합 격자(Mesh) 작성 모듈 제공 (4) 복잡한 격자(Mesh)에서의 가속화된 강력한 솔버 제공 (5) 통합 개발 환경 GUI 제공 (6) 다양한 조건에 따른 플라스마 계산 옵션 제공 1) Self-consistent/quasi-neutral 2) Multi-species, Multi-temperature formulation (7) 공정용 화학반응 데이터 다수 구축 (8) 표면 화학반응인 식각(etching), 증착(Deposition) 제공 (9) 광범위한 압력 영역에서 플라스마 해석(수 mTorr~수 atm) (10) 전자기장, 유동, 파티클 등의 모델이 결합된 다중물리(Multiphysics) 해석 (11) 표면에서의 이온 에너지 및 입사각 분포 확인 기능 (12) 외부 회로 모델(전원 및 전압 제어) 2. 주요 활용 분야 (1) 반도체 비평형 플라스마 해석 툴인 VizGlow를 사용하여 반도체 장비 및 집적회로(IC) 제조 산업의 장비를 분석하고 공정을 개선하며 새로운 장비를 개발하는 업무에 VizGlow를 활용할 수 있다. IC 제조업체는 VizGlow를 사용하여 제조 프로세스를 최적화하고, 프로세스 이상을 식별 및 수정하여 필요에 따라 새로운 장비를 설계할 수 있다. (2) 디스플레이/태양전지 디스플레이/태양전지 분야에서는 VizGlow, VizGrain 등을 사용하여 전자기학, 유체흐름, 입자모델링 등을 해석할 수 있다. 이 분야에서는 기존 장비 설계를 분석하고 공정의 균일성, 필름 품질 등을 개선하고 새로운 장비 개념을 개발하는데 VizGlow, VizGrain 등을 활용할 수 있다. 최근 대형화되는 디스플레이/태양전지 분야의 플라스마 해석에 대응하기 위해, VizGlow에서 제공하는 병렬 연산 모듈을 활용하는 것은 신제품 개발에 커다란 이점이 될 것이다. (3) 자동차 자동차 분야에서는 비평형 플라스마, 열 플라스마, 전자기학, 연소 및 열 반응 등의 분야를 활용할 수 있다. VizGlow, VizSpark 등의 도구를 사용하여 현재 점화장치의 설계 점검 및 차세대 점화장치 설계 등에 활용할 수 있다. (4) 항공우주 항공우주 해석에는 다양한 물리 현상에 대한 해석이 필요하다. VizGlow 시뮬레이션은 이러한 다양한 물리 현상을 다각도로 해석할 수 있는 여러가지 도구를 제공하고 있다. VizFlow를 통해 외부 기류 해석, VizGrain을 통한 희박기체 거동 해석 및 Charge-up 해석, VizGlow/VizSpark를 통한 추진기 해석 등 다양한 각도의 해석을 지원한다. 3. 주요 고객 사이트 ■ 삼성전자, SK hynix, 명지대학교, 충북대학교 등  

케이던스 디자인 시스템즈는 디지털 트윈의 다중물리(멀티피직스) 시스템 설계 및 분석을 가속화할 수 있는 ‘케이던스 밀레니엄 엔터프라이즈 다중물리 플랫폼(Cadence Millennium Enterprise Multiphysics Platform)’을 발표했다. 1세대 플랫폼인 케이던스 밀레니엄 M1(Cadence Millennium M1)은 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 결합해 고성능 CFD(전산유체역학) 시뮬레이션을 가속화한다. GPU를 탑재한 HPC 하드웨어와 최적화된 GPU 가속화(Acceleration) 및 생성형 AI를 활용할 수 있는 케이던스 고성능 피델리티 CFD(Cadence high-fidelity CFD) 소프트웨어가 턴키로 포함된 것이 특징이다. 밀레니엄 M1은 통합 클러스터로 융합하여, 복잡한 기계 시스템을 시뮬레이션할 때 빠른 TAT(Turnaround Time)과 거의 선형에 가까운 확장성을 고객에게 제공하는 것이 목표이다. 자동차, 항공우주 및 방위산업, 에너지 및 터보기계 등 산업에서는 성능과 효율면에서 새로운 차원의 기계 시스템을 설계하는 것이 핵심적인 우선 과제가 되었다. 자동차 설계자들은 성능을 최적화하고 온실가스를 줄이기 위해 연비 개선, 항력 및 소음 감소, 전기 자동차 주행 거리 연장에 집중하고 있다. 또한 A&D 및 터보기계 설계 엔지니어들에게는 효율 향상, 탄소 배출량 감소, 유지보수 빈도를 줄이는 것이 중요하다. 이런 목표를 달성하기 위해서는 다중물리 시뮬레이션 기술의 발전이 필수적이다. 속도, 정확성, 용량 및 계산 속도를 가속화하는 것은 디지털 트윈 시뮬레이션에 필수 요소로서, 프로토타입을 개발하고 테스트하기에 앞서 의도한 대로 작동할 수 있다는 확신을 줄 수 있는 설계 혁신의 원동력이 된다.   ▲ 이미지 출처 : 케이던스 웹사이트   GPU 내장 CFD 솔버와 전용 GPU 하드웨어를 결합한 케이던스 밀레니엄 플랫폼은 최대 1000개의 CPU 코어로 GPU당 슈퍼컴퓨터급의 처리량을 제공한다. 동급 CPU 대비 향상된 에너지 효율로 몇 주가 걸리던 처리 시간을 몇 시간으로 단축할 수 있게 지원한다.  케이던스 피델리티 CFD 솔버는 복잡한 시뮬레이션 문제를 해결할 수 있으며 높은 정확도를 제공한다. 밀레니엄 플랫폼은 확장형 아키텍처와 유연성을 갖춘 피델리티 솔버를 통해 여러 GPU 노드에서 선형에 가까운 확장성을 제공한다. 또한, 생성형 AI를 접목한 디지털 트윈은 고품질의 다중물리 데이터를 빠르게 생성하고, 생성형 AI가 최적의 시스템 설계 솔루션의 디지털 트윈 시각화를 안정적으로 생성할 수 있다. 케이던스는 밀레니엄 플랫폼이 주요 공급업체의 GPU를 바탕으로 클라우드 환경에서 8개 이상의 GPU를 구성하거나 온프레미스 환경에서 최소 32개 GPU를 구성할 수 있으며, 고객이 원하는 구성 방식을 적용할 수 있는 유연하고 확장성 높은 솔루션을 제공한다고 소개했다. 케이던스의 밴 구(Ben Gu) 다중물리 시스템 분석 R&D 부사장은 “케이던스는 35년의 역사를 통해 매우 어려운 컴퓨팅 분야에서 정확성을 유지하면서 동시에 계산 속도를 향상시키는데 주력해 왔다. 알고리즘 처리량은 여전히 핵심 우선순위이며 이제 우리는 생성형 AI를 활용하여 방대한 양의 설계 및 시뮬레이션 데이터에서 정보를 추출하고 있다”면서, “밀레니엄 플랫폼은 디지털 트윈 및 AI 애플리케이션의 가속화와 확장성을 제공하는 거대한 도약이며, CFD는 성능과 효율이 향상되면서 아주 유용하게 활용될 준비를 마쳤기 때문에 밀레니엄 M1의 뛰어난 성능은 빠른 제품을 출시를 해야 하는 산업계에 혁신을 가져올 것”이라고 전했다.

성공적인 유동 해석을 위한 케이던스의 CFD 기술 (6)   대규모 와류 시뮬레이션(LES)은 복잡성과 컴퓨팅 자원의 요구 등 제약이 극복되면서 유용한 난류 시뮬레이션 기술로 떠오르고 있다. 이번 호에서는 최신 수치 및 GPU 가속을 통해 LES 시뮬레이션을 더 저렴하고 쉽게 사용할 수 있는 케이던스의 피델리티 찰스(Fidelity CharLES) 솔루션에 대해 살펴본다.   ■ 자료 제공 : 나인플러스IT   모든 시스템의 공기역학 또는 유동장을 설계할 때 엔지니어는 난기류의 영향을 고려해야 한다. 전산 유체 역학(CFD)의 난류 모델을 사용하면 실제 시나리오에서 발생하는 유체 흐름의 혼란을 포함할 수 있다. 난류를 모델링하기 위해 레이놀즈-평균 나비에-스토크스(Reynolds-Averaged Navier-Stokes : RANS) 방정식이 널리 사용되어 왔으며 컴퓨팅 리소스가 제한되어 있을 때 선호된다. 그러나 이러한 시간 평균 방정식은 연소, 음향, 공기 역학 등과 같은 광범위한 애플리케이션에 필요한 정확도를 제공하지 못한다. 이러한 경우 대규모 와류 시뮬레이션(Large Eddy Simulation : LES)이 유용하다. 시뮬레이션의 복잡성과 대규모 컴퓨팅 요구 사항으로 인해 지난 40년 동안 대부분의 산업 분야에서 LES는 비실용적이었다. 하지만, 오늘날에는 최신 수치 및 GPU 가속을 통해 LES 시뮬레이션이 더 쉽게 접근 가능하고 저렴해졌다.   케이던스 캐스케이드 테크놀로지스의 LES 모델링 역사 1980년 케이던스 캐스케이드 테크놀로지스(Cadence Cascade Technology)의 창립자인 Parviz Moin은 난류 모델링에 관한 획기적인 연구를 수행했다. 당시에는 난기류를 실험적으로 조사하기 위한 수많은 연구가 진행 중이었다. <그림 1>은 경계층에서 수소 기포를 사용하여 수행한 실험을 보여준다. 이 실험은 난기류 속에서 아름답고 일관된, 그러나 혼란스러운 구조를 연구하기 위한 것이었다.   그림 1. 시뮬레이션 결과(Moin & Kim, 1981)(왼쪽)와 실험 결과(Kim, Klein & Reynolds, 1970)  (오른쪽)   Parviz와 그의 동료들은 1981년 미국 물리학회 컨퍼런스에서 NASA Ames 기지의 ILLIAC IV 15MFlops 컴퓨터로 계산한 시뮬레이션을 발표했다. 그 결과 나비에-스토크스 방정식을 시간에 따라 정확하게 예측하여 난기류의 역학과 통계를 모두 포착할 수 있다는 것을 보여주었다. 오늘날 고성능 컴퓨팅의 성능은 1980년 M플롭에서 2023년 1E플롭/s로 크게 발전했으며, 프론티어는 상위 500대 기업 중 선두를 달리고 있다. 최신 솔버 기술과 확장성을 바탕으로 자동차, 항공우주 및 기타 산업에서 충실도 높은 LES의 실제 적용이 증가하고 있다.   오늘날 LES를 가능하게 하는 기술 고충실도 LES의 실제 적용을 가능하게 하는 4가지 차별화 기술은 다음과 같다. 그리드 이산화(Grid Discretization) : 시간에 따라 달라지는 시뮬레이션에서 고품질의 상대적으로 등방성인 그리드의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 벽 근처에 약간의 이방성이 있으면 도움이 될 수 있지만, 그리드는 시뮬레이션 내내 일관된 품질을 유지해야 한다. 수치적 방법(Numerical Methods) : 강력하고 비선형적으로 안정적인 수치적 방법과 유동 물리학을 정확하게 표현하는 고급 물리 모델을 사용하는 것이 필수적이다. 데이터 분석(Data analytics) : 광범위한 데이터 세트를 생성하게 되므로 이 데이터를 빠르게 시각화하고 이해하는 것이 중요하다. GPU 가속(GPU Acceleration) : GPU에서만 실행되는 최신 CFD 솔버인 GPU 상주 솔버는 필요한 비용 효율적이고 높은 처리량의 시뮬레이션을 제공한다.   그림 2. 1990년부터 2023년까지 성능 개발 목록   수년 동안 LES 모델링의 철학은 저소산 수치 체계가 필요하다는 것이었다. 그러나 이러한 저손실 방식은 다중물리 애플리케이션과 복잡한 지오메트리에서 구축하기 어렵다. 높은 레이놀즈 수 흐름에서 실제 손실은 낮지만, 일반적인 CFD 코드의 수치 손실은 매우 높다. 하지만 피델리티 찰스 솔버(Fidelity CharLES Solver)를 사용하면 안정적인 저손실 수치 체계를 가질 수 있다. 메시 생성의 경우, 피델리티 찰스 솔버는 다양한 해상도의 영역과 그 사이의 전환을 가진 다면체 메시를 생성하는 메시 생성기를 사용한다. 이 메시는 특정 포인트 세트를 중심으로 생성된 3D 보로노이 다이어그램(Voronoi Diagram)이다. 이러한 점을 체계적으로 도입하면 높은 수준의 균일성을 가진 메시가 생성된다. 따라서 피델리티 찰스 솔버는 LES용 메시를 생성하는 데 편리하다.   ■ 상세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스(헥사곤 MI)가 11월 29일~12월 1일 열린 ‘2023 한국유체기계학회 동계학술대회’에 참가해, 자사의 전산 유체 역학(CFD) 솔루션과 음향 솔루션의 산업별 적용 사례를 선보였다고 밝혔다. 헥사곤은 다중물리 중심의 CFD 솔루션 크래들 CFD(Cradle CFD)와 소음 해석 솔루션 액트란(Actran)을 중점적으로 소개했다. 크래들 CFD는 무인항공기, 선박, 전자, 자동차 분야의 연구에 쓰이고 있다. 또한 물리 해석 소프트웨어와 연성해석이 가능해 여러 분야에 걸친 엔지니어링 문제를 효율적으로 해결하는 데 도움을 준다. 크래들 CFD는 전 세계의 선박, 항공, 자동차 제조사에서 제품 성능과 제조 공정을 고도화하는 데에 활용되고 있다. 다양한 친환경 선박 개발에 필요한 풍력 발전기의 발전량을 예측하는 등 선박의 배터리 충전, 제반시설 전력 공급을 위한 풍력 발전기를 개발하는 데 필요한 선행 데이터를 제공한다. 또한 무인기 분야에서 크래들 CFD는 효율적인 소음 예측을 위해 유동장의 상태량 정보를 연계 해석하여 음향장 해석, 소음 예측, 특성 분석 과정을 간소화한다. 크래들 CFD와 연동이 가능한 액트란은 운송장비, 항공우주, 국방, 일반 기계류, 소비자용 상품 등의 다양한 산업군에서 효율적이고 통합적인 소음 수치 해석을 지원한다. 또한, 헥사곤은 고급 비선형 시뮬레이션 솔루션 ‘마크(Marc)’, 비선형 멀티스케일 재료 및 구조 모델링 플랫폼 ‘디지매트(Digimat)’ 등의 솔루션도 소개했다.     헥사곤은 한국유체기계학회와 협력해 수십년간 산학연계 연구를 지원해 왔다. 2022년에는 헥사곤 연구팀이 ‘덕트 팬에서 발생하는 공력소음 예측을 위한 연성해석 프로세스와 적용’의 연구 성과를 발표한 바 있다. 이 논문에서 헥사곤의 크래들 CFD와 액트란은 유체 유동과 공력소음의 연성해석을 위한 프로세스에 사용돼, 저소음 덕트 팬을 설계 및 개선을 위한 방사소음의 특성을 분석하기 위한 기초 연구에 활용됐다. 올해 전시에서도 이 사례에 대한 상세한 설명이 참가자들에게 제공됐다.  이번 학회에 참여한 헥사곤의 임태균 이사는 “국내에서도 최근 주목받는 무인 항공기, 드론, 친환경 에너지 선박 분야에서 꼭 필요한 유체 유동, 음향·소음 분석 등 연구에서 헥사곤의 솔루션이 쓰이길 바란다”면서, “앞으로도 관련 학계와 지속 협력하여 국내 연구자들이 뛰어난 원천 기술을 개발할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.

다중물리부터 AI까지… 제품 설계의 최적화를 위한 기술 혁신 이어간다   알테어의 밍 저우(Ming Zhou) 전산 역학 및 최적화 총괄 연구위원은 1998년에 알테어에 입사했고, 2022년부터는 구조, CFD, 제조 시뮬레이션을 포함한 알테어의 전산 역학 및 설계 최적화 솔루션을 총괄하고 있다. 알테어의 연례 콘퍼런스인 ‘ATC 코리아 2023’에서 ‘다중물리 시뮬레이션 및 설계 최적화’에 대한 기조연설을 진행한 밍 저우 연구위원은 제품 개발의 디지털화를 뒷받침하는 엔지니어링 시뮬레이션의 발전 방향을 짚는 한편, HPC(고성능 컴퓨팅) 및 AI(인공지능)의 융합이 새로운 혁신 동력이 될 수 있을 것으로 전망했다. ■ 정수진 편집장     ATC 코리아 2023에서는 어떤 내용을 소개했는지 기조 연설에서 ‘다중 물리 시뮬레이션 및 설계 최적화’를 주제로 발표했다. 제품 엔지니어링에는 항상 구조, 유체, 열 등과 같은 다양한 물리학의 성능 측정이 포함되는데, 멀티피직스 시뮬레이션을 효율적으로 관리하는 것은 어려운 일이다. 이번 발표에서는 알테어가 복잡한 엔지니어링 프로세스를 위한 포괄적인 플랫폼을 제공한다는 점을 소개하고, 이를 통해 엔지니어가 멀티피직스 시뮬레이션을 원활하게 통합하고 제품 개발의 모든 단계에서 설계 최적화를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 방법을 설명했다.   제품 개발에서 엔지니어링 시뮬레이션의 중요성이 점차 커지고 있는 것 같다. 그 배경과 향후 엔지니어링 시뮬레이션의 발전을 위해 해결해야 할 점을 짚는다면 제품 개발의 디지털화는 지난 30년 동안 그 범위가 확대되어 왔다. 대규모 OEM은 점점 더 완전한 가상 제품 개발을 추진하고 있으며, 이는 물리적 테스트가 최종 제품 인증을 위한 용도로만 사용된다는 것을 의미한다. 즉, 시뮬레이션은 결과 품질 면에서 100% 신뢰할 수 있어야 한다. 결과적으로 자세한 동작을 보다 정확하게 포착하기 위해 모델 복잡성과 크기가 빠르게 증가하여, 솔버의 계산 효율성에 대한 도전적인 상황이 증가하고 있다. 따라서 시뮬레이션을 더욱 확장하려면 솔루션 품질과 속도를 지속적으로 개선해야 한다. R&D 분야의 많은 노력은 솔루션 품질과 컴퓨팅 시간에 중점을 두고 있다. 또한 앞서 설명한 것처럼 엔지니어링 요구 사항은 본질적으로 여러 분야에 걸쳐 있다. 예를 들어, 자동차는 강도와 내구성, 소음과 진동, 충돌, 공기 역학 등에 대한 요구 사항을 충족해야 한다. 알테어는 모델링 및 시각화 툴과 핵심 시뮬레이션 솔버를 통해 다양한 분야의 시뮬레이션을 최대한 원활하게 지원하는 것을 목표로 삼고 있다.   더 많은 사람이 더 쉽게 엔지니어링 시뮬레이션 기술을 활용할 수 있어야 한다는 요구가 늘고 있는데, 이를 위한 방법은 무엇이라고 보는지 엔지니어링 시뮬레이션은 여전히 사용자의 경험과 전문 지식에 크게 의존하고 있다. 엔지니어링 소프트웨어 제공업체는 일반적인 기술 트렌드에 발맞춰 더 빠르게 움직여야 하며, 스마트폰의 애플리케이션처럼 쉽게 접근할 수 있는 솔루션을 만들어야 한다. 알테어는 이러한 방향으로 기술을 발전시키는 데 집중해왔다. 알테어의 주력 모델링 및 시각화 소프트웨어인 알테어 하이퍼메시(Altair HyperMesh)는 사용하기 쉬운 UI와 워크플로를 갖추는 방향으로 계속 발전해왔다. 또한 핵심 시뮬레이션 솔버들은 멀티피직스 시뮬레이션을 원활하게 지원하는 방향으로 점점 더 발전하고 있다. NVH, 임플리시트(implicit) 및 익스플리시트(explicit) 비선형 해석, 열/전기/음향/피로 등을 포함하는 포괄적인 FEA 해석 시뮬레이션 제품인 알테어 옵티스트럭트(Altair OptiStruct)가 좋은 예이다. 알테어 옵티스트럭트의 고급 최적화 기술은 설계 최적화에 대한 총체적인 처리에서 거의 모든 응답을 지원한다. 또한, 알테어는 포괄적인 시뮬레이션 제품군을 제공하는 것 외에도 도메인 지식과 전문 지식에 대한 진입장벽을 낮추는데 도움이 되는 새로운 기술에 투자해 왔다. 여기에는 CAD 모델을 그대로 불러올 수 있고 지오메트리 편집과 메싱 등 전처리 작업이 필요하지 않아 빠르고 정확한 구조해석을 할 수 있는 알테어 심솔리드(Altair SimSolid)가 있다. 또, 알테어 인스파이어(Altair Inspire)는 유능한 내장 CAD 기능을 포함하여 시뮬레이션 및 설계 최적화를 위한 사용하기 쉬운 또 다른 패키지를 제공하고 있다.   엔지니어링 시뮬레이션 분야에서 알테어가 주목하고 있는 기술 트렌드는 어떤 것인지 시뮬레이션, 고성능 컴퓨팅(HPC), 데이터 분석, 인공지능(AI)의 융합이 점차 가시화되고 있다. 알테어는 10여 년 전에 이러한 움직임이 나타날 것을 예상했고, 이것이 바로 알테어가 관련 기술에 꾸준히 투자를 한 이유이다. 데이터 분석 및 AI 플랫폼인 알테어 래피드마이너(Altair RapidMiner)는 모든 주요 비즈니스 영역에서 잘 확립된 플랫폼 중 하나이다. 우리는 점점 더 시뮬레이션과 데이터 분석 기술을 결합하여 두 세계의 장점을 최대한 활용할 수 있는 차세대 엔지니어링 도구를 만들고 있다. 물론 HPC는 계산량이 많은 솔루션을 효율적이고 효과적으로 제공하기 위한 중요한 퍼즐 조각이다. 한편으로, 멀티피직스의 원활한 통합은 효율적인 엔지니어링 프로세스의 핵심이다. 알테어는 항상 제품 엔지니어링을 위한 가장 포괄적이고 개방적인 솔루션을 제공하는 것을 목표로 삼아 왔다. 사용하기 쉬운 통합을 지원하기 위해 알테어는 지난 10년 동안 시뮬레이션 적용 범위를 크게 확장했으며, 모두 알테어 유닛(Altair Units)이라는 라이선스 정책에 따라 액세스할 수 있다. 알테어는 포괄적인 솔루션 제품군을 보유하고 있음에도 불구하고, 알테어의 주력 모델링 및 시각화 소프트웨어인 알테어 하이퍼메시는 개방형 철학에 충실하여 시장에서 널리 사용되는 모든 CAE 솔루션을 원활하게 통합할 수 있다.   향후 알테어의 엔지니어링 시뮬레이션 기술 개발 계획에 대해 소개한다면 앞서 소개했듯이 알테어는 시뮬레이션, HPC 및 AI의 융합 분야에서 혁신을 추구해 왔다. 알테어는 생성형 AI(generative AI)가 엔지니어링 설계 솔루션과 더욱 통합되면서 강력한 도구가 등장할 것이라고 확신한다. 알테어는 ▲멀티피직스 시뮬레이션의 보다 원활한 통합 ▲복잡한 엔지니어링 프로세스를 위한 원활한 워크플로 ▲세계 최고의 설계 최적화 기술에 대한 지속 개선 ▲시뮬레이션 및 설계 최적화의 대중화를 지원하는 소프트웨어 솔루션 ▲엔지니어링 솔루션에 AI 기술 통합의 빠른 증가 등의 측면에서 기술 혁신을 주도해 나갈 계획이다.   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

앤시스코리아는 삼성전자 파운드리 사업부가 삼성의 이기종 멀티-다이 패키징 기술 제품군에 대해 앤시스 레드혹(RedHawk) 전력 무결성 및 열 검증 플랫폼을 인증했다고 발표했다. 삼성은 첨단 병렬(2.5D) 및 3D 집적 회로(3D-IC) 시스템의 신뢰성과 성능에 있어 전력 및 열 관리의 중요성을 인식하고 앤시스와 협력하고 있다. 고성능 컴퓨팅, 스마트폰, 네트워킹, 인공 지능 및 그래픽 처리를 위한 많은 선도적인 반도체 제품은 3D-IC 기술을 통해 구현되며, 이를 통해 기업은 시장에서 경쟁 차별화를 달성할 수 있다. 삼성은 다양한 2.5D 패키징 옵션(I-Cube 및 H-Cube)과 X-Cube 기술을 사용한 3D 수직 스태킹(vertical stacking)을 제공한다. 여러 칩을 고밀도로 통합하면 열 방출에 큰 어려움이 발생한다. 단일 다이에서 100W 이상의 전력을 소비할 수 있으며, 이는 미세한 마이크로범프(microbump) 연결을 통해 라우팅되어야 한다. 삼성은 앤시스와 협력하여 패키징 기술로 온도 프로파일을 시뮬레이션하기 위해 레드혹-SC 일렉트로우써멀(RedHawk-SC Electrothermal)을 인증했다. 또한 삼성은 강제 공기 냉각 및 방열판을 포함한 전자 어셈블리의 열 분석을 위해 앤시스의 아이스팩(Icepak) 솔루션으로 레드혹-SC 일렉트로우써멀의 예측 정확도를 검증했다. 레드혹-SC는 칩렛과 인터포저(interposer)를 연결하는 전체 배전 네트워크(entire power distribution network)의 일렉트로마이그레이션(EM) 신뢰성과 전압 강하(IR 강하) 정확성을 검증한다.     삼성전자 파운드리 사업부 DT팀의 김상윤 상무는 "삼성전자 파운드리 사업부는 이기종 통합(heterogeneous integration)을 반도체 산업의 미래를 위한 핵심 기술로 보고 있다. 하지만 시스템 개발 성공을 위해 신중하게 분석해야 하는 여러 가지 새로운 과제와 다중물리 문제를 야기하기도 한다"면서, "앤시스는 고객이 열 관리 및 전력 분석에 사용할 수 있는 검증된 시뮬레이션 기술을 제공하여 더 나은 성능과 높은 신뢰성을 제공하는 주요 파트너"라고 말했다. 앤시스의 전자, 반도체 및 광학 사업부 부사장인 존리(John Lee) 총괄 매니저는 "전력 관리 및 시스템 분석 분야에 대한 앤시스의 독보적인 전문성을 제공하여 칩, 패키지 및 시스템 수준에서 삼성전자 파운드리 사업부와 협력할 수 있었다"면서, "삼성과의 지속적인 파트너십을 통해 실리콘 프로세싱 기술의 선두를 유지하고 고객이 삼성의 3D-IC 기술을 최대한 활용할 수 있도록 지원한다"고 말했다.

앤시스코리아는 5G/6G 시스템 온 칩(SoC) 및 자율 주행 시스템 설계자가 해결해야 할 과제가 증가하고 있음에 주목하여, 시높시스와 협력하여 삼성전자 파운드리 사업부와 함께 14LPU 공정 기술을 위해 개발한 무선 주파수 집적 회로(RFIC) 설계를 위한 새로운 레퍼런스 플로(reference flow)를 출시한다고 발표했다. 이 레퍼런스 플로를 통해 양사 고객은 앤시스의 골든 사인오프 전자기 분석(golden signoff electromagnetic analysis)과 시높시스의 포괄적인 아날로그/RF 및 혼합 신호 설계 및 검증 솔루션(comprehensive analog/RF and mixed-signal design and verification solution)을 함께 사용하여 RFIC 설계를 최적화할 수 있다. 차세대 무선 통신 및 센서 시스템은 더 높은 대역폭, 더 낮은 지연 시간, 개선된 커버리지, 커넥티드 디바이스의 확산 지원 등 다양한 요구 사항을 충족해야 한다. 고주파 설계는 설계 요소 간에 전자기(EM) 결합이 발생하므로 이를 정확하게 예측하려면 정확도가 높은 모델링 엔진이 필요하다. EM 모델링은 레이아웃 개발 플랫폼과 긴밀하게 연계되어 빠른 데이터 공유, 손쉬운 디버깅, 높은 생산성, 명확한 결과 시각화를 보장해야 한다. 레퍼런스 플로의 주요 구성 요소에는 회로 시뮬레이션 솔루션의 연속체(continuum of circuit simulation solutions)인 시높시스 프라임심(Synopsys PrimeSim)을 기반으로 하는 시높시스 맞춤형 설계 제품군(Synopsys Custom Design Family), 앤시스 랩터X 전자기 모델링 제품군(Ansys RaptorX Electromagnetic Modeling Family), 앤시스 엑살토 전자기 추출 및 사인오프(Ansys Exalto Electromagnetic Extraction and Signoff), 앤시스 벨로체RF 인덕터 및 변압기 설계 툴(Ansys VeloceRF Inductor and Transformer Design Tools)에서 제공하는 전자기 사인오프 분석 솔루션이 포함된다.     삼성전자 파운드리 사업부 DT팀의 김상윤 상무는 "고주파 및 무선 애플리케이션은 스마트폰에서 5G/6G, 자율주행차, 웨어러블, IoT에 이르기까지 더 많은 산업 및 소비자 애플리케이션으로 확산되고 있다"면서, "더 많은 고객 기업의 담당자들이 RF 및 전자기 설계를 담당하게 됨에 따라, 앤시스 및 시높시스와의 14LPU 레퍼런스 플로 협업은 4세대 14나노 공정 기술의 속도와 성능 특성을 최대한 활용하여 보다 빠르고 안정적으로 설계를 완료할 수 있는 원활하면서도 최적의 경로를 제공한다"고 말했다. 시높시스의 상카 크리슈나무티(Shankar Krishnamoorthy) EDA 그룹 총괄 매니저는 "시높시스와 앤시스는 다년간에 걸친 협력을 통해 걸친 전문 지식과 개발을 활용하여 상호 고객의 위험을 줄이고 성공을 가속화해 왔다"면서, " 앤시스와 협력하여 삼성의 첨단 14nm 공정 노드를 지원하는 새로운 RF 설계 레퍼런스 플로를 개발하여, 첨단 5G/6G 무선 시스템을 위한 탁월한 결과 품질을 제공하는 개방적이고 최적화된 플로를 제공하게 되었다"고 말했다. 앤시스의 존 리(John Lee) 전자, 반도체 및 광학 사업부 부사장 겸 총괄 매니저는 "고객들은 주파수가 RF 범위로 증가함에 따라 전력, 면적, 신뢰성 및 성능을 최적화해야 하는 새로운 다중물리 문제에 직면해 있다"면서, "앤시스는 시높시스와 긴밀히 협력하여 업계를 선도하는 전자기 모델링 기술을 활용하여 완벽한 맞춤형 설계 흐름에서 쉽게 사용할 수 있도록 삼성 고객의 요구에 맞춰 레퍼런스 플로를 제공한다”고 말했다.

  알테어가 각 산업에서 빠르게 적용되고 있는 혁신적인 기술과 트렌드를 살펴보고 다양한 분야에서 업계를 선도하는 전문가들이 모여 소통하는 ‘알테어 테크놀로지 콘퍼런스 코리아 2023’을 9월 22일 서울 여의도 콘래드 호텔에서 개최한다고 밝혔다. 올해로 21회를 맞이하는 ‘알테어 테크놀로지 콘퍼런스’는 자동차, 항공우주, 중공업, 가전 등 다양한 산업 분야의 실무 담당자부터 의사 결정권자까지 참여해 지식을 나누는 행사이다. 올해는 ‘디지털 전환의 가속화’를 주제로 인공지능(AI)과 데이터, 디지털 트윈, 시뮬레이션과 클라우드 컴퓨팅 등이 실제 산업에서 적용된 75개의 사례가 발표될 예정이다. 이번 콘퍼런스는 알테어 밍저우(Ming Zhou) 연구위원의 ‘다중물리 시뮬레이션 및 설계 최적화’에 대한 기조 강연을 시작으로 한국타이어앤테크놀로지 이원혁 상무가 ‘자율주행 모빌리티 적용을 위한 타이어 신기술 개발 및 시뮬레이션 기법’을 발표한다. 이어서 LG전자 김용연 팀장이 ‘컴퓨터 이용 공학(CAE) 분야에서 데이터 기반 해석 영역으로의 확장성에 대한 방향성’에 대해 발표할 계획이다.   이어지는 세부 발표 세션에는 LG전자, 삼성전자, 현대자동차, LG에너지솔루션, LS일렉트릭, HD현대중공업 등 국내 산업을 대표하는 기업들의 실무 전문가들이 디지털 전환 사례에 대해 발표한다. 또한, 업계 종사자들 간 네트워킹 자리도 마련될 예정이다. 알테어의 문성수 아시아태평양 수석 부사장은 "각 분야에서 디지털 전환이 가속화되며 우리는 새로운 가능성과 도전에 직면하고 있다”면서,  “업계를 선도하고 있는 리더들이 모이는 이번 행사를 통해 디지털 전환의 최신 동향을 파악하고, 현실적으로 비즈니스에 적용하는 방법을 찾는 좋은 기회가 되기를 바란다"고 말했다.

앤시스코리아는 삼성전자 파운드리 사업부의 최신 2nm 실리콘 공정 기술을 위한 앤시스 레드혹-SC(Ansys RedHawk-SC) 및 앤시스 토템(Ansys Totem) 전력 무결성 사인오프 솔루션의 인증을 획득했다고 발표했다. 앤시스코리아는 "이번 앤시스 EDA(전자 설계 자동화) 툴의 인증은 고성능 컴퓨팅(HPC), 스마트폰, 인공지능 가속기, 데이터 센터 통신 및 그래픽 프로세서의 최첨단 집적 회로(IC)를 만드는 삼성 기술 이용자의 신뢰를 높여줄 것"으로 기대하고 있다. 삼성의 2나노 공정은 3세대 게이트-올-어라운드(GAA) 공정 기술로, 더 높은 집적 밀도, 더 빠른 성능, 더 낮은 전력을 위해 새로운 트랜지스터 장치를 사용한다. 앤시스 레드혹-SC는 디지털 설계를 위한 배전 네트워크의 전자 마이그레이션(EM) 및 전압 강하(IR 강하)에 대해 사인오프 검증을 제공한다. 토템은 맞춤형 아날로그 및 혼합 신호 설계에 대해서도 유사한 검증을 제공한다.   ▲ 혼합 신호 아날로그 및 디지털 블록을 동시에 분석하는 앤시스 토템-SC   앤시스 래드혹-SC 및 토템의 예측 정확도는 삼성전자 파운드리 사업부의 인증 프로세스의 일부로 광범위한 테스트를 통해 검증되었다. 이 제품들은 최신 칩, 3D-IC 및 전자 시스템 설계의 규모와 복잡성 증가를 지원하기 위해 앤시스가 제공하는 광범위한 다중물리 분석 및 시뮬레이션 제품의 일부다. 삼성전자 파운드리 사업부 DT팀의 김상윤 상무는 "삼성전자 파운드리 사업부는 장기간 앤시스와 긴밀히 협력하여 상호 고객이 삼성의 기술 잠재력을 최대한 활용하는 데 필요한 설계 도구에 적시에 액세스할 수 있도록 지원해 왔다"면서, "자사는 디지털, 풀 커스텀(full-custom), 혼합 신호 및 3D-IC 설계를 선도하는 새로운 고객 과제를 해결하기 위해 앤시스와의 협업을 지속적으로 확장하고 있다"고 말했다. 앤시스의 존 리(John Lee) 전자, 반도체 및 광학 사업부 부사장 겸 총괄 매니저는 "앤시스와 삼성은 최첨단 실리콘 기술에 대한 고객의 요구를 충족하는 기술 지원 솔루션을 제공하는 데 주력하고 있다"면서, "삼성전자 파운드리 사업부와 협력을 통해 협력을 통해 앤시스 다중 물리 플랫폼의 신뢰성을 입증할 수 있었으며, 앞으로도 양사의 공동 고객을 위한 최고의 사용자 경험을 제공하기 위해 최선을 다할 것"이라고 말했다.

제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (3)   Larger System of System(SoS) 관점에서 제품의 임베디드 시스템 및 구성 요소에 이르기까지 MBSE 방법론은 제품의 개발 전반에 걸쳐 적용된다. 제품 및 프로그램 개발의 폭과 깊이를 이해하고 복잡한 특성을 관리하는 것은 초기 요구사항을 정확하게 정의하고, 아키텍처의 추적이 가능하며, 개발 도메인 전반에 걸친 규정을 준수하는 것으로 귀결된다. MBSE(모델 기반 시스템 엔지니어링) 솔루션의 주요 목표는 초기 개념 설계 및 개발, 시뮬레이션, 테스트에서 제조 및 운영에 이르기까지 라이프사이클 전반에 걸쳐 제품 개발 활동 및 프로세스가 효율적이고 정확하게 조정되도록 하는 것이다. 따라서 MBSE 솔루션은 특정 유형의 애플리케이션 모델링에 국한되지 않고 MBSE 비전을 주도하는 다양한 엔지니어링 활동과 도메인을 포함한다. 여기에는 여러 부서의 협업, 제품 라이프사이클 관리(PLM)뿐만 아니라 시스템 요구사항, 설계, 개발, 분석 및 V&V 활동과 같은 도메인 요구사항과 시스템 엔지니어링 내에서 모델링 연관성을 확장하는 작업이 포함된다. 이를 통해 라이프사이클 초기에 더 많은 시스템 검증을 통하면 공급망 및 제조, 생산에 대한 다운스트림을 예방하고 개선할 수 있다.   ■ 이상훈 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 SIMULIA 브랜드의 다양한 해석 솔루션을 담당하고 있다. 특히 구조해석 영역에서 다양한 프로젝트 경험과 Pre-sales 활동을 겸하고 있다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   ■ 안치우 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 CATIA Dymola를 활용한 1D 시뮬레이션을 담당하고 있다. 한국항공우주산업의 디지털엔지니어링TF 선임연구원으로 재직하여 Dymola를 활용한 KF-21 Fuel System 개발에 참여하였다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   ■ 윤재민 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로서 CATIA Dymola 솔루션을 통한 1D 시뮬레이션 영역을 전문으로 업무를 수행하고 있다. Vehicle Dynamics, Multi Body Dynamics, Control, Optimization, Design Process 등 다양한 분야에 대한 연구 경험을 갖고 있다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   그림 1. MBSE 솔루션 내 다양한 엔지니어링 도메인   MBSE 솔루션을 통한 시뮬레이션 검증   설계와 시뮬레이션 프로세스는 시스템의 요구사항에 따라 개발된 아키텍처 모델로부터 시작한다. 3D익스피리언스(3DEXPERIENCE) 플랫폼에서는 카티아(CATIA) 3D 설계가 통합되어 CAD 모델과 연계된 CAE 모델의 개발 분석뿐만 아니라 이를 통해 더욱 세분화된 연구의 수행이 가능하다. 설계 탐색 프로세스의 결과는 성과 목표에 대해 평가 및 검증되고 필요에 따라 요구사항을 업데이트한다. 제품 엔지니어링 프로세스를 효과적으로 관리하려면 요구사항과 시스템의 논리적/물리적 설계(RFLP)뿐만 아니라 기능 분석에 어떻게 연결되는지에 대한 디지털 관리가 필요하다. 이 접근 방식의 이점은 제품 개발 팀이 설계 요소를 독립적으로 분석하여 재사용 가능성을 열어주고, 통합을 위한 논리적 경로를 기본적으로 제공하여 전체적인 제품 정의가 가능하다는 것이다. 3D익스피리언스 플랫폼은 효율성, 생산성 엔드 투 엔드(end-to-end) 프로세스 개선에 대한 요구사항을 해결하고자 물리적 설계를 넘어 요구사항 및 모델의 초기 검증을 포함하는 시스템 디지털 목업(mock-up)을 제공한다. 또한 3D익스피리언스 플랫폼은 개발을 촉진하고 품질을 개선하기 위한 설계 작업의 효율적인 협업 및 최적화를 위한 공통 제품 정의 공간을 제공한다.   그림 2. 3D익스피리언스 플랫폼에서의 설계/시뮬레이션/아키텍처 연계   1D 시스템 M&S 솔루션 카티아 다이몰라(CATIA Dymola)는 모델리카(Modelica) 언어를 기반으로 개발된 1D 시스템 M&S(Modeling and Simulation) 솔루션으로 다중물리 시스템(multi-physics system) 라이브러리를 통한 모델링을 지원하며, 인터페이스 환경을 통해 사용자가 시스템을 표현하는 복잡한 미분방정식(DAE, ODE : Ordinary Differential Equation)을 알지 못하여도 실제 물리적으로 해당 시스템을 구성하는 부품들과 대치되는 컴포넌트 모델들의 조합을 통해 시스템 모델링이 가능하기에 물리적 관점의 접근이 용이한 특징을 가진다.   그림 3. 다이몰라 라이브러리   비인과성 다이몰라의 다양한 특징 중 비인과성(acausal)은 가장 강력하고 주요한 특징이다. 대다수의 솔루션은 ‘인과성(causal)’을 가지는데, 이는 시스템을 기준으로 입.출력에 대한 정의가 명확해야 한다는 한계점을 가진다. 이에 반해 비인과성은 입·출력 간의 구분이 없으며, 구성 요소간의 관계를 수학적으로 표현하여 나타낼 수 있다.   그림 4. 인과적/비인과적 모델링 기법의 차이점   객체지향 프로그래밍 객체지향 프로그래밍(object-oriented programming)은 각각 독립적인 기능을 수행하는 객체(object)를 구성하고 객체간의 소통을 통해 하나의 프로그램을 구성하는 방식이다. 다이몰라는 해당 방식을 통해 각각의 컴포넌트 모델을 커넥터(connector)를 사용하여 연결하고, 시스템의 계층구조(hierarchy)와 통일한 템플릿(template)을 구성하여 재사용할 수 있다.   ■ 기사의 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.