百亿亿次级计算下的电子-声子物理：用于可扩展 Wannier 插值的混合 MPI-GPU-OpenMP 框架
材料科学
2026-03-12 v1
摘要
我们展示了在 EPW 代码中，对电子-声子矩阵元进行 Wannier 插值的高效 GPU 实现。基于对电子-声子插值算法计算复杂度的系统分析，我们设计了一种 GPU 移植策略，该策略自然地集成到当前的 EPW 实现中，并可无缝移植到 NVIDIA、AMD 和 Intel GPU 上。我们通过对传统半导体（如硅和单层 MoS）的广泛基准测试，以及一个对宽度达 20nm 的拓扑锡烯纳米带（这在先前的实现中是无法处理的）的大规模应用，来展示这一进展。与 EPW v5.9 的单一 MPI 并行化方案相比，所得到的混合 MPI-GPU-OpenMP 方案在配备 NVIDIA 和 Intel 加速器的领先级超级计算机上实现了高达 29 倍的加速，这些计算机包括德克萨斯高级计算中心的 Vista、国家能源研究科学计算中心的 Perlmutter 以及阿尔贡领导力计算设施的 Aurora。该框架在 Aurora 超级计算机上还实现了在多达数千个 GPU 节点上的近乎理想的扩展性。通过这一发展，EPW 已准备好支持百亿亿次级平台上的电子-声子物理计算。
引用
@article{arxiv.2603.10295,
title = {Electron-phonon physics at the exascale: A hybrid MPI-GPU-OpenMP framework for scalable Wannier interpolation},
author = {Tae Yun Kim and Zhe Liu and Sabyasachi Tiwari and Elena R. Margine and Feliciano Giustino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.10295},
year = {2026}
}
备注
30 pages, 13 figures; accepted in npj Computational Materials