大规模电子结构理论求解器：ELPA 与 ELSI
材料科学
2025-02-05 v1 计算物理
摘要
在本文中，我们概述了 ELPA 库和 ELSI 接口，它们是 FHI-aims 中进行大规模电子结构计算的关键要素。ELPA 是一个关键的求解器库，为标准特征值问题和广义特征值问题提供高效解决方案，而这些问题正是密度泛函理论 (DFT) 中 Kohn-Sham 形式体系的核心。它支持 CPU 和 GPU 架构，全面支持 NVIDIA 和 AMD GPU，并且正在开发对 Intel GPU 的支持。我们还报告了近期优化的结果，这些优化显著提升了广义特征值问题在 GPU 上的性能。ELSI 是一个开源软件接口层，它在“用户”电子结构代码与用于 Kohn-Sham 问题的“求解器”库之间建立了定义明确的连接，抽象了从哈密顿矩阵和重叠矩阵（作为 ELSI 及相应求解器的输入）到本征值、本征矢或密度矩阵解（作为输出传回“用户”电子结构代码）的步骤。除了 ELPA，ELSI 还支持包括 LAPACK 和 MAGMA、PEXSI 和 NTPoly 库（它们绕过了显式的本征值求解）以及其他几个求解器。
引用
@article{arxiv.2502.02460,
title = {Solvers for Large-Scale Electronic Structure Theory: ELPA and ELSI},
author = {Petr Karpov and Andreas Marek and Tobias Melson and Alexander Pöppl and Victor Wen-zhe Yu and Ben Hourahine and Alberto Garcia and William Dawson and Yi Yao and William Huhn and Jonathan Moussa and Sam Hall and Reinhard Maurer and Uthpala Herath and Konstantin Lion and Sebastian Kokott and Volker Blum},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.02460},
year = {2025}
}
备注
Contribution to the upcoming Roadmap for Advancements of the FHI-aims Software Package