基于数值原子轨道的实时时密度泛函理论统一异构实现
材料科学
2026-03-24 v1 计算物理
摘要
我们提出了一个基于数值原子轨道 (NAOs) 的实时时密度泛函理论 (RT-TDDFT) 的统一异构计算框架，实现于 ABACUS 软件包中。我们引入了三个协同设计的抽象层，包括统一的数据容器、统一的线性代数运算符和统一的网格积分接口。这些层整体加速了 NAO 基于 RT-TDDFT 中最具挑战性的两个部分：显式的实时波函数演化和实时网格操作，如在外部场作用下构建哈密顿量和力的评估。我们通过计算从有限分子到周期性固体的光学性质来验证该方法，显示与标准基准一致。性能评估显示，单个 GPU 在完全利用双插槽 CPU 节点时可实现显著的 wall-clock 加速。此外，分布式多 GPU 强缩放测试确认了在数十个 GPU 上的高并行效率。该工作为大规模原子水平模拟 ultraffast 电子动力学建立了一个高性能、可移植的平台。
引用
@article{arxiv.2603.21835,
title = {A Unified Heterogeneous Implementation of Numerical Atomic Orbitals-Based Real-Time TDDFT within the ABACUS Package},
author = {Taoni Bao and Yuanbo Li and Zichao Deng and Haotian Zhao and Denghui Lu and Yike Huang and Chao Lian and Lixin He and Mohan Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.21835},
year = {2026}
}