迈向基于电子结构的亿级原子从头算分子动力学模拟
计算物理
2022-05-26 v3 分布式、并行与集群计算
摘要
我们将基于电子结构的从头算分子动力学（AIMD）的边界推至超过1亿个原子。此规模即便使用经典力场方法或新颖的神经网络与机器学习势函数也几乎难以达到。我们通过结合线性缩放AIMD、高效近似稀疏线性代数、GPU上低精度与混合精度浮点计算，以及针对数值近似引入误差的补偿方案实现了这一突破。我们工作的核心是非正交化局部子矩阵方法（NOLSM），该方法对大规模并行计算系统扩展性极好，并将大型稀疏矩阵运算转化为高度并行的稠密矩阵运算，非常适于硬件加速器。我们证明处于每个AIMD步骤中心的NOLSM方法，在1536块NVIDIA A100 GPU上以混合FP16/FP32精度运行，能够实现324 PFLOP/s的持续性能，对应67.7%的效率。
引用
@article{arxiv.2104.08245,
title = {Towards Electronic Structure-Based Ab-Initio Molecular Dynamics Simulations with Hundreds of Millions of Atoms},
author = {Robert Schade and Tobias Kenter and Hossam Elgabarty and Michael Lass and Ole Schütt and Alfio Lazzaro and Hans Pabst and Stephan Mohr and Jürg Hutter and Thomas D. Kühne and Christian Plessl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.08245},
year = {2022}
}
备注
12 pages, 11 figures