ARM与GPU系统上大规模有限温度实时含时密度泛函理论计算（含混合泛函）
材料科学
2025-01-07 v1 分布式、并行与集群计算
摘要
超快电子现象（如非线性光学激发）源于有限温度，可以通过使用混合泛函的实时含时密度泛函理论（rt-TDDFT）计算进行高保真模拟。然而，之前使用最优规范（即平行输运规范）对真实材料进行的rt-TDDFT模拟仅限于具有带隙的低温系统。在本文中，我们介绍了平行输运-隐式中点（PT-IM）方法，该方法显著加速了使用混合泛函的真实材料的有限温度rt-TDDFT计算。我们首先在我们的平面波代码PWDFT中实现了带有混合泛函的PT-IM，并在GPU和ARM平台上进行了优化，以构建一个坚实的基线代码。接下来，我们提出了一种对角化方法来降低计算和通信复杂度，然后采用自适应压缩交换（ACE）方法来减少最昂贵的Fock交换算子的频率。最后，我们采用基于环的方法和共享内存机制来分别重叠计算和通信以及缓解内存消耗。数值结果表明，我们的优化代码可以在192个计算节点上对多达3072个原子进行有限温度下混合泛函的rt-TDDFT模拟，每个时间步的求解时间为429.3秒，比基线快41.4倍。
引用
@article{arxiv.2501.03061,
title = {Large Scale Finite-Temperature Real-time Time Dependent Density Functional Theory Calculation with Hybrid Functional on ARM and GPU Systems},
author = {Rongrong Liu and Zhuoqiang Guo and Qiuchen Sha and Tong Zhao and Haibo Li and Wei Hu and Lijun Liu and Guangming Tan and Weile Jia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.03061},
year = {2025}
}