用于大规模电子结构计算的间断Galerkin方法中的Chebyshev多项式滤波子空间迭代
计算物理
2016-10-19 v2 材料科学
摘要
间断Galerkin (DG) 电子结构方法采用自适应局域基 (ALB) 集，在间断Galerkin框架下求解密度泛函理论 (DFT) 的Kohn-Sham方程。自适应局域基即时生成以捕捉局域材料物理，并且每个原子仅需数十个自由度即可系统地达到化学精度。然而，大规模计算的一个核心问题是如何以高效且可扩展的方式从离散哈密顿量中计算电子密度（进而计算基态性质）。我们在本研究中展示了如何使用Chebyshev多项式滤波子空间迭代 (CheFSI) 来解决这一问题，并在间断Galerkin框架下推动大规模材料模拟的极限。我们描述了得益于DG基集的正交性和DG哈密顿量矩阵的块稀疏结构，如何使用二维并行化方案以高效且可扩展的方式执行子空间滤波步骤。ALB的即时生成特性要求在执行子空间迭代时格外小心。我们在大规模二维石墨烯片和三维块体锂离子电解质体系的计算中展示了DG-CheFSI方法的并行可扩展性。使用55,296个计算核心，对于包含8,586个原子的三维块体电解质样品，每次自洽场迭代的时间为90秒，而对于包含11,520个原子的石墨烯片，时间为75秒。
引用
@article{arxiv.1606.03416,
title = {Chebyshev polynomial filtered subspace iteration in the Discontinuous Galerkin method for large-scale electronic structure calculations},
author = {Amartya S. Banerjee and Lin Lin and Wei Hu and Chao Yang and John E. Pask},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.03416},
year = {2016}
}
备注
Submitted to The Journal of Chemical Physics