Tech –X公司介绍

美国Tech-X公司由科罗拉多大学的John R. Cary教授创立于1994年，他是世界范围内计算等离子体物理领域最有影响力的专家之一。他们专注于等离子体粒子仿真计算领域的研究，将等离子体物理和大规模并行计算技术相结合，开发出了适合大规模并行计算的等离子体和粒子仿真软件，在全世界数千家用户中得到了广泛使用，是该领域中最有影响力的仿真软件。允若科技是Tech-X公司中国区域官方正式代理商，全面代理销售其旗下产品。

Tech-X公司的产品包括电磁粒子仿真软件VSim、电磁流体仿真软件USim和粒子辐射与防护仿真软件RSim。其中VSim基于PIC算法开发，适用于整个等离子体和射频领域的仿真问题，支持大规模并行计算；USim基于磁流体方程开发，包含各种化学反应，适用于高超声速流体力学、高能密度物理、天体物理、电气工程等研究领域；RSim是专业的粒子辐射与防护仿真软件，利用Geant4的蒙特卡洛方法作为底层，能够计算辐射损伤、辐射屏蔽和防护。输出能量和剂量沉积、网格通量、碰撞率等结果。

VSim基本特点

VSim是一种多物理场模拟工具，为设计工程师和研究科学家提供精确的解决方案来解决具有挑战性的问题。VSim独特的时域有限差分法（FDTD）、粒子云网格法（PIC）和带电流体法（有限体积法）的结合为各种情况提供了精确的结果。

作为一种并行软件应用程序，VSim可以有效地处理大规模的问题，并且可以使用为高性能计算系统设计的算法快速运行仿真。VSim得到了30个国家的研究人员的信任，并被从航空航天到半导体制造等行业的工程师所使用，是理想的多物理仿真工具，具有以下优点：

功能强大，用途广泛

VSim使用时域有限差分（FDTD）和粒子云网格（PIC）方法来运行计算密集的电磁、静电和等离子体模拟。作为时域求解器，VSim可以进行全波分析，在一次运行中获得频率范围内的响应，并提供瞬态分析。由于VSim中包含了额外的PIC算法，这些模拟可以在等离子体和电介质的存在下运行，使得VSim成为众多行业设计工程师的完整模拟工具。

准确可靠

VSim计算的精确性和结果的可信度获得了普遍认可。由一个计算科学家团队创建的Vorpal代码在科学文献中被引用了数千次，它是VSim软件的求解核心。VSim在许多世界顶级研究机构中都有多年的应用，在中国的很多科研单位中也有十年以上的应用历史，其计算的精确性和结果的可信度获得了国内外专业人士的广泛认可。

快速且可扩展

FDTD解算器，如VSim，被认为是解决具有大量未知量的复杂问题的首选。使用Tech-X专有的切割单元算法，VSim在不增加运行时间的情况下获得高精度。VSim具有可扩展的并行计算能力，可以在集群和最大的超级计算机上高效地解决非常大的问题。

VSim包含以下四个模块：

高精度等离子体加速计算模块：

全面的放电等离子体计算模块：  

复杂电磁学与静电学计算模块：  

射频和微波器件仿真计算模块：  

VSim整体功能特征

Particle-In-Cell模型

VSim最核心的特点是使用PIC算法(Particle-in-Cell)来模拟等离子体的演化，这是它和其他等离子体仿真软件的本质区别。因为采用PIC算法和蒙特卡罗方法，所以VSim可以精确计算微观粒子的演化状态，可以达到其他仿真软件无法达到的计算精度，实现真空和低气压环境计算，特别适用于仿真计算激光等离子体、放电等离子体和各种真空管等。

电磁场模型

VSim在采用PIC和蒙特卡罗方法的同时，也包含电磁Maxwell方程组、静电Poisson方程和FDTD方程，因此VSim可以计算各种介电、介磁和电导行为，也支持YEE网格的电磁场建模。

复杂几何外形和网格处理

   VSim已经具有了三维可视化建模功能，用户可以直接在软件中进行三维可视化建模和各种布尔操作，使用空文件或者sdf 模板这两种方式来快速生成输入文件，从程序工程文件入手，大大缩短加载时间。也可以导入多格式的CAD文件并在软件中进行网格剖分，大大简化操作，增强了软件的前处理能力。同时仍然支持用户调用多种宏命令方便地自定义各种复杂几何模型。支持精确金属墙的嵌入边界、支持端口边界：输入输出、支持周期和相移条件、支持准确近似的Dey-Mittra网格剖分方法、支持理想匹配层边界和MAL边界，对曲面和复杂构型能够有效地提高电磁场计算的精度，可用于对3D全尺寸全物理的实际工程结构进行模拟。

   除自带各种常见材料，还支持用户自定义材料。支持无损耗和有损材料、支持非线性材料、支持各向同性和各向异性材料、支持二阶色散材料、支持频变电介质材料。

粒子碰撞和蒙特卡罗模型

   VSim通过蒙特卡罗模块引入对粒子间碰撞和原子-分子电离过程的建模支持。包括虚碰撞模型、弹性碰撞、电荷交换碰撞、电子电离、碰撞电离、场电离、重组、碰撞电离、场电离、电子电离、电子散射、电荷交换、二元弹性、二元反应、衰变、吸收、反射、表面电荷积累、半透明、三体重组、电子碰撞离解、激发、溅射、分解、电子俘获、负电子剥离、离解电离、离解重组、非弹性二元反应、电子-离子碰撞多次电离以及碰撞复合；原子的场致电离；不稳定粒子的衰变等等。

粒子源模型

VSim支持各种带电粒子发射模型，包括光电离、热阴极发射、场致发射、二次电子发射，可以计算带电和中性粒子、可变质量、恒定质量和管理质量相对论、指定发射、表面电荷、壁面二次电子产生等等，可以对各种阴极和束流注入进行有效的建模。

多物理场

VSim具有MultiField框架，支持用户对电磁场模型进行修订和二次开发，可以自行定义热场、流场等，并和电磁场进行耦合计算，提供多种接口供用户做二次开发使用。

大规模并行计算能力

VSim采用MPI进行大规模并行计算，支持Windows和Linux系统，可以支持多达几万核并行计算，采用了非时间计数器算法，大大提升了计算速度，在大规模并行计算时仍然能够获得很高的并行效率。

VSim功能模块

1，VSimPA---高精度等离子体加速计算模块

VSimPA是一个全面的软件解决方案，可用于各种前沿的等离子体加速技术研究工作。VSimPA的用户可以进行电离注入、碰撞脉冲注入等各种类型的数值模拟。VSimPA通过引入包络近似等简化方法，无论有无相位跟踪，都可以在不完全分辨激光波长的情况下，将激光尾场加速（LWFA）模拟为耗尽，并且可以使用受控色散算法保证精度。

VSimPA的计算引擎VORPAL已经被用于多项科学发现，包括第一个Dream Beam的发现、稳态GeV加速、密度梯度注入以及最近的特洛伊木马模拟。自2004年首次被开发出以来，VSimPA被数千篇科研文献引用，是最经常被引用的能够模拟等离子体加速的软件，也是等离子体加速研究中模拟结果最值得信赖的软件工具。

2，VSimPD---全面的放电等离子体计算模块

    VSimPD是一个专门用于等离子体演化过程模拟的多功能和强大的PIC应用软件。VSimPD显式跟踪任意压力背景气体中的动力学粒子种类，包括电子、离子和中性粒子之间的弹性碰撞、激发碰撞和电离碰撞的效应。

VSim使用Tech-X公司独有的网格剖分算法和FDTD与PIC方法相结合的独特算法，能够快速、准确地模拟多维复杂粒子动力学。强大的后处理功能允许进行各种结果分析，而且由于VSim被设计为并行运行，因此它很容易安装在高性能计算系统上。VSimPD最初是由Tech-X科学家创建的，他们至今仍然是等离子体和计算物理领域的主要贡献者，VSimPD是等离子体模拟领域最全面的解决方案。

3，VSimEM---复杂电磁学与静电学计算模块

VSimEM是一种经过优化的FDTD求解器，用于模拟复杂电介质和金属环境中的电磁学和静电学。VSimEM的用户可以通过用户界面导入现有的CAD文件或构建自己独特的几何图形，并提供许多域特征和边界条件选项。在VSimEM中，曲线几何结构采用二阶精确算法进行模拟，先进的图形功能显示详细的场数据，以便进行深入分析。

VSimEM可用于相控阵天线系统、雷达设备和光子学等应用。利用VSimEM，用户可以模拟高功率天线在等离子体环境中的状态，或者有效地建立并模拟光子晶体和其他光学器件中的传播模型。VSimEM能够大规模地运行具有挑战性的问题，并且被设计可以利用任何并行计算系统，这使得VSimEM成为复杂电磁学和静电学的最佳解决方案。

4，VSimMD---射频和微波器件仿真计算模块

VSimMD是模拟真空微波器件的模块。VSimMD可以模拟Child-Langmuir空间电荷限制发射和Fowler-Nordheim隧穿发射等粒子物理现象，并提供功率、电压和电子流等性能诊断结果数据。使用VSimMD，可以在一次模拟运行中使用为高性能计算系统专门设计的算法快速计算出多个功率级别的多重作用结果。

强大的后处理和先进的可视化功能提供详细的轮廓和颗粒分布数据。VSimMD具有全套电磁和粒子建模功能，并用于从速调管到磁控管的组件设计周期，是当今射频和微波工程师的理想模拟工具。

VSim优势介绍：

·        采用粒子动力学建模的PIC算法

·        支持复杂模拟的FDTD程序

·        包含全套EM和粒子建模功能

·        能够模拟具有数十亿个单元的大型设备

·        具备高性能计算能力

·        所有VSim模块无缝集成

·        可用于深入分析的全套反应类型

·        最快最精确的远场计算

·        支持金属和介电材料的亚像素（细分）

·        具备强大且多功能的后处理能力

·        算法结果记录的准确性

·        强大的文档和教程

·        卓越的客户支持