SimWorks 致力于为用户提供微纳光学问题数值求解的专业解决方案,包括 SimWorks Finite Difference Solutions 和 SimWorks Semiconductor Solutions 两个系列产品,分别用于无源与有源问题的仿真分析。
SimWorks 功能全面、性能卓越,能够仿真微纳光学中的全部电磁场信息。软件提供灵活的脚本语言,并集成参数扫描、目标优化等分析工具,助力高效科研与工程设计。
此外,SimWorks 支持多GPU并行加速,显著提升仿真效率;具备与第三方软件的数据交互能力,满足从基础研究到工业应用的多样化需求。
SimWorks Finite Difference Solutions基于有限差分法,将麦克斯韦旋度方程转化为离散形式的差分方程组进行数值求解。软件支持多种有限差分算法,包括:
SimWorks 深度应用 GPU 加速技术,充分发挥硬件性能优势,显著提升仿真速度。在典型的光学仿真场景中,基于主流 GPU 架构的加速计算方案展现出远超传统 CPU 的性能表现。SimWorks 提供了 CPU 与 GPU 仿真速度的对比测试数据,可帮助用户评估并选择适合自身需求的计算资源配置,实现性能与成本间的最优平衡。 此外,SimWorks 还支持多 GPU 并行计算,可在单一仿真任务中调度多张GPU协同工作。相比单卡计算,多卡并行不仅能成倍提升计算速度,还能扩展显存容量,支持更大规模的仿真。无论是单机多卡配置,还是多机多卡集群,SimWorks 均能充分利用多 GPU 资源,实现更高效的计算,满足不同规模仿真任务的需求。 以下对比图展示了单 GPU 相比 CPU 服务器的加速效果,以及多 GPU 并行相对单 GPU 进一步的速度提升。


当 FDTD 求解器在 NVIDIA GPU 上运行时,支持使用半精度(FP16)计算。相较于单精度(FP32),FP16 可显著减少显存占用并提升计算效率。FP16 仅在计算能力(Compute Capability)大于 5.3 的 NVIDIA 显卡上受支持(即 GeForce GTX 10 系列(Pascal 架构)及更新型号)。由于 FP16 的数值范围和精度远低于 FP32,请勿用于高能量或非线性仿真。更多信息可参见高级设置。例如,在 FP16 理论性能为 FP32 两倍的 NVIDIA Tesla V100 上,实际 FDTD 仿真中使用 FP16 相较于 FP32,可实现约35%的计算速度提升(左图),及约30%的显存占用降低(右图):


| 性能 | SimWorks FDTD | 业内同行软件 | ||
|---|---|---|---|---|
| 网格 | 均匀阶梯 | ✓ | ✓ | |
| 非均匀 | ✓ | ✓ | ||
| 共形 | ||||
| 体积平均 | ✓ | ✓ | ||
| Yu-Mittra | ✓ | ✗ | ||
| 等效介电常数 | ✓ | ✗ | ||
| 边界 | 完美电导体/完美磁导体 | ✓ | ✓ | |
| 布洛赫周期边界 | ✓ | ✗ | ||
| 完美匹配层 | ||||
| 坐标拉伸型完美匹配层 | ✓ | ✗ | ||
| 对称/反对称 | ✓ | ✗ | ||
| 光源 | 单频点、任意角度入射 | |||
| 平面波 | ✓ | ✓ | ||
| 偶极子 | ✓ | ✓ | ||
| 高斯光源(标量和矢量) | ✓ | 部分 | ||
| 模式光源 | ✓ | 部分 | ||
| 端口 | ✓ | ✗ | ||
| 总场散射场 | ✓ | ✗ | ||
| 多频点入射 | ✓ | ✗ | ||
| 材料 | 电介质 | ✓ | ✓ | |
| 散点数据组成的色散材料 | ✓ | ✗ | ||
| 二维材料 | ||||
| 石墨烯 | ✓ | ✗ | ||
| 集总元件(RLC) | ✓ | ✗ | ||
| 非线性 | ✓ | ✗ | ||
| 分析组 | 远场 | |||
| 基于等效原理 | ✓ | ✗ | ||
| 基于平面波展开法 | ✓ | ✗ | ||
| 能带结构 | ✓ | ✓ | ||
| 优化 | 扫描 | ✓ | ✓ | |
| 优化 | ✓ | 部分 | ||
| S矩阵扫描 | ✓ | ✗ | ||
| 高性能计算 | 并行计算 | ✓比其他快十倍 | 部分 | |
| 云计算 | ✓ | 部分 | ||
| GPU加速 | ✓最快 | 部分 | ||
| 支持操作系统 | Windows | ✓ | ✓ | |
| Linux | ✓ | ✗ | ||
| macOS | ✓ | ✗ | ||
| 灵活部署 | 单机版 | ✓ | 部分 | |
| 云端版 | ||||
| 公共云 | ✓ | 部分 | ||
| 私有云 | ✓ | 部分 | ||
| 应用展览 | 40+应用案例 | ✓ | ✗ | |