用户观点:华为的仿真测试给手机“算命”

有没有办法提前识别问题?提前知道手机这么设计容不容易摔坏?为什么容易摔坏?优化哪个地方能避免摔坏?这不是异想天开,而是有可能的,解决问题的关键就在于两个字——仿真。

我们的手机摔在地上会坏吗?在信号太差的地方通话会断线吗?听音乐时音调太高会刺耳吗?


以前,回答这些问题的唯一办法就是测试。比如2014年,为了保证Mate7的高品质,我们不断用样机来做跌落测试,每次十台,从1米多高摔到大理石地面上,根据结果改方案、开模、试制,继续跌。用了两三个月,摔坏几百台手机才达成可靠性要求。

可这样的“体检”费时费力,只能亡羊补牢,不仅延长了开发周期,也增加了开发成本。有没有办法提前识别问题?提前知道手机这么设计容不容易摔坏?为什么容易摔坏?优化哪个地方能避免摔坏?

这不是异想天开,而是有可能的,解决问题的关键就在于两个字——仿真。


仿真是什么?说白了就是一种模拟,比如手机从1米高的地方跌落下来,速度太快,肉眼看不到跌落瞬间,不知道为什么手机会坏。而仿真根据图纸,建立虚拟模型,可以在计算机里提前模拟手机跌落过程,计算出哪些器件受力最集中、可能会损坏,从而对开发提出优化建议。

这种未卜先知给手机“算命”的能力,能代替真实的测试,可前提是仿真精度足够高,能做到所见即所得,仿真速度也足够快,能及时给开发提供“炮弹”。

所以,我被几百台Mate7砸出心头血后,就立志要提升华为的仿真能力,我给结构仿真团队布置了任务:把仿真精度提升至90%,把仿真时间从一周缩短至1天。大伙瞪大了眼睛,面面相觑:“这不可能吧,业界谁也达不到这种水平。”我说:“一年不可能就两年,两年不可能就三年,一定要拿下!”

但这个要求我不只是对结构仿真团队提出来的,也希望天线、音频、热学、光学仿真都能做到。于是,我们开始了整体仿真技术的提升之路。

 

招兵买马,把能力提上去

为了达成目标,我们先得找寻“外脑”,构建起一支真正有能力有水平的队伍。

2014年校招,我去浙江大学招聘博士,当时华为手机品牌还没有足够的号召力,我讲了一个多小时口干舌燥,最后满怀期待地问:“哪位博士想来做仿真?举个手吧!”现场沉寂,没有一个人举手,场面一度尴尬。我解释说:“华为是一个有理想的公司,我们的目标不只是手机从1米多高的地方摔下来摔不坏,而是做到手机自动优化、设计!仿真大有可为,真心希望你们能来,和我们一起实现这个理想。”

也许是看到了我们的诚恳,最后,两个博士留了下来,之后越来越多的人才加入我们,目前仿真实验室博士占了近一半。他们来了以后,专攻仿真的三大难题:第一,研究实现仿真精度和自动化的算法;第二,算出每个器件在什么样的受力、湿度、温度场等变化下会损坏;第三,研究每种器件和材料的特性。

对内,我们与2012实验室、芬兰研究所、美国研究所等顶级专家组成技术项目组,对外,与美国伊利诺伊大学、密苏里科技大学等知名高校建立朋友圈。比如,我们和世界顶尖的专业实验室合作,共同测定终端产品材料的高速力学性能,建立了电子行业最先进的材料动态性能数据库。

在硬件上,我们大胆投入采购设备:在结构仿真领域,建立高精度的静态力学实验环境、材料动态疲劳性能实验环境,支持仿真在材料寿命预测上持续领先;在天线仿真领域,建成全世界精度最高的暗室,真正把天线测试做到极致;在电磁仿真领域,为了给地球磁场“把脉”,定制了直径1.1毫米的类地球线圈,精准控制中心点的磁场大小;在热仿真领域,开发出全场景热仿真评估系统,评估时间达到毫秒级……

这就是华为的基因,一旦认准某个技术对消费者有意义,公司愿意投入,让业界最优的人才、资源为我所用。

 

“行啊!仿真有两把刷子!”

到了2016年,我们在仿真精度上有了突破,在结构仿真领域率先实现90%的定量精度。这意味着,仿真拥有了给产品设计“算命”的能力,可以预测产品设计的问题,并给出解决方案。

但自说自话可不行,怎么让大家相信这不是吹牛?

在一款Mate手机的试制阶段,双摄像头出现跌落后无法对焦、拍照模糊的情况,基本每十部样机就有8部要出问题。我们“解剖”手机后发现,摄像头马达上的弹片裂开了,导致光轴偏移,无法对焦。单摄只有一个摄像头,光轴偏了也能拍得清,但双摄就不行,两个摄像头要同时对准一个画面,两个光轴必须平行,偏移不能超过0.1毫米。

质量部门和摄像头厂商多次沟通解决方案,对方摆摆手,一脸无奈:“没办法啊,从这么高的地方摔下来,裂开是正常的,不裂才是奇迹。”

项目一度陷入了僵局,这个问题不解决,双摄只能成为泡影,手机就失去了一大“杀手锏”,竞争力大打折扣。眼瞅着这么好的设计就要打水漂了,我拍着胸脯保证:“仿真能搞定!”

既然夸下海口,就能拿出真本事。我们根据设计图,建构双摄像头的虚拟模型,细致到连40微米厚的弹片边缘都一清二楚。然后用计算机模拟跌落全过程,仿真软件根据力学公式进行计算,得出跌落瞬间不同零部件的受力值。在生成的跌落动画中,0.1秒的跌落瞬间被无限拉长,我们可以像看电影一样,一帧一帧地看每个零部件、不同位置受力值的变化。

这些不同压力区域会显示为不同颜色,当受力超出风险会告警为红色,看起来像是动态的气象云图。仿真结果一下把“症结”揪出来了——摄像头马达弹片拐弯的点显示为红色,压力最大,但只要调整一下弹片形状和拐弯角度,就能改变力的传递,使摄像头不会摔坏。很快,我们就给出了精确的“治疗方案”,并最终验证通过。

整个过程行云流水,一气呵成。看到困扰了一两个月的问题,就这么三下五除二轻松解决了,结构工程师大跌眼镜:“行啊!仿真有两把刷子!”


阻止全面屏“吃”信号

不仅如此,华为手机信号好,最主要的是天线性能好,可天线极为敏感,稍微动一下主板的布局、手机的外壳,信号就千差万别,所以仿真的“出场率”也越来越高。

比如,全面屏手机用起来很爽,却给天线带来麻烦:屏幕的ITO(氧化铟锡)层和FPC(柔性板)进入“天线净空区”,原本性能满分的天线,加上屏幕后信号却被“吃”掉了一半。

为了全面屏的惊艳设计,就要牺牲信号质量?天线工程师当然不甘心:是时候召唤出仿真“神器”了!

天线仿真团队一步步庖丁解牛,研究屏幕的建模方法。屏幕是手机中最大的一块模组,看似简单却内有乾坤,触摸层和显示层都有很复杂的走线,走线宽度只有几微米,厚度只有几百纳米。想精确地计算出屏幕的电流分布,建起一个完整的屏幕模型几乎不可能。

既然一步到位搞不定,分步走行不行?我们想出了等效建模方案,把整个屏幕拆分成玻璃盖板、触摸面板、显示面板等,然后分别等效建模,达到“1+1=2”的效果。

一般来说,铜皮能起到隔离天线和屏幕的作用,但要贴多大范围,覆盖哪些位置?在仿真中,我们计算出各种方案对天性性能的影响,开出了“处方单”:在中框上贴铜皮,并标明铜片形状、覆盖范围、接地方式等。经过验证,天线性能改善明显,被“吃”掉的信号全吐出来了!

让我们骄傲的是,参与仿真的所有天线都达到了设计标准,消费者在享受全面屏带来的视觉美感的同时,也拥有了杠杠的信号质量。

除此,在音频、电磁、热学等各领域,仿真也都成了“香饽饽”:音频仿真模拟了手机在360度空间中立体的声场分布,优化了各腔体的出音设计、输入信号,最终实现“隐形”立体声的功能;电磁仿真模拟静电放电,针对接电话、拔插耳机线等不同场景对症下药,驯服了手机中来无影去无踪的静电……


仿真技术“唯快不破”

仿真出马机会越来越多,可速度还跟不上开发周期,常常有开发人员追着我们要仿真结果。所以,我们一直在想办法,把原本由人完成的建模和数据分析工作交给机器,实现仿真自动化。

要让计算机自己“画”模型没那么容易。简单的二维图像,电脑程序很容易识别,但手机是三维立体的,结构复杂,如果不告诉机器,机器怎么知道手机的“眼睛”在哪儿,“鼻子”在哪儿?只能抓瞎,画出非常粗略的模型。

这个难题一度成为瓶颈。但我觉着,不能只盯着眼前,要抬头看业界,只要有借鉴意义的都可以拿过来试。一次,我和Z高校的一个博士聊天,无意听他说起正在让计算机自动识别土方车,阻止车进入限定区域。我眼睛一下就亮了:“既然可以识别土方车,那识别手机里的音箱、麦克风不也小菜一碟吗?”

我们很快和Z自动化研究所合作,掌握了三维模型识别的技术,并在这个基础上优化。机器要足够聪明,必须不断学习。常规方法是人不停地给机器“喂”案例,把机器养大,但我们创新地把三维模型识别技术和仿真平台结合起来,只要平台蹦出案例,机器就会自动进入学习模式,把建模过程进一步智能化。

此外,仿真数据的分析也耗时费力。比如做一轮整机的结构仿真要做26个跌落方向,会产生26个计算结果,每个结果都有几十个G的数据。如果一个个打开看,找具体哪里的数值比较高,判断是不是超过了风险,速度太慢。所以,我们定义了分析数据的规则,让程序自动分析计算结果,并通过优化算法,改变一个CPU分析一个作业的做法,同一时间用几十个CPU来分析同一个作业,几十倍地提升了效率。

这样一来,做一次仿真只要不到12个小时,今年会缩短至8小时,架构设计今天提出一个想法,仿真当天就能给预测结果,保证设计快速优化,趋近极致,这在其他公司是根本无法想象的。


不同于产品技术,在产品上不能一眼看出仿真技术的水平,但它却能驱动产品开发,支持华为在研发能力上快人一步,具备更强的竞争力。希望在不久的将来,只要提设想,机器就能自动设计出性能最好的产品,给消费者带来最好的体验。

以上文章被中国计算网收录于2018年12月5日,转自https://bbs.hupu.com/21817901.html,欢迎CAE与计算机行业人士投稿于中国计算网
搜索微信公众号: cncompute_Mall   直接关注,更多惊艳的资讯等你来关注~您也可以来投稿~