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(戴小英、周爱辉)电子结构计算的并行轨道更新算法
2018-09-18 | 编辑:

  通过自洽场迭代,电子结构计算的求解最终化为一系列大规模代数特征值问题的求解。然而,代数特征值问题求解通常计算量巨大且并行可扩展性低,从而制约了电子结构计算的规模。事实上,大规模代数特征值问题的求解一直是电子结构计算的瓶颈。 

  戴小英、周爱辉及其合作者提出的电子结构并行轨道更新算法,从源头上避免了大规模代数特征值问题的产生,不仅大大降低计算量,更重要的是算法具有的天然两层并行结构特点使得算法在大规模并行计算时有很大优势。该算法的这些特点使得它有望突破电子结构计算中长期以来存在的大型非线性特征值问题求解的瓶颈。该算法不局限于某一特定的离散方法,具有普适性。事实上,他们已将该算法应用到其自主研发的第一原理实空间计算程序RealSPACES(Real Space Parallel Adaptive Calculation of Electronic Structure)中。基于该算法,RealSPACES的并行可扩展性显著提高。初步测试表明,随着体系的增大,引入并行轨道更新算法后的RealSPACES全势计算速度已与全势计算软件Gaussian09越来越接近直至更快。RealSPACES具备的高精度和高扩展性特点使得它在大体系高精度全势计算中的优势尤为突出。并行轨道更新算法的引入已使得RealSPACES在天河2号上成功将全势计算扩展到数万个CPU核。同时他们还将此方法应用到基于平面波离散的第一原理计算开源软件Quantum ESPRESSO中。数值实验表明,该算法比Quantum ESPRESSO自带的算法有优势并对突破平面波离散在超级计算机上实现的局限有很好的前景。部分相关工作于2017发表在J. Comput. Phys.上。     

  相关论文: 

  [1] X. Dai, X. Gong, A. Zhou, and J. Zhu, A Parallel Orbital-Updating Approach for Electronic Structure Calculations, arXiv:1405.0260v1, 1 May 2014. 

  [2] Y. Pan, X. Dai, S. de Gironcoli, X. Gong, G.-M. Rignanese, and A. Zhou, A Parallel Orbital-Updating Based Plane-Wave Basis Method for Electronic Structure Calculations, J. Comput. Phys., 348(2017), 482-492. 

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