基于 CPU-GPU 异构平台的第一性原理密度泛函理论高性能计算.pdf

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2、u）y=cuKohn-Sham方程如何算得更准、更快、更大ClusterAtomParticeElectrodeElectronTimeMacroscopThermodynamicsEquationofmotiorMaxwel/PossionequationConstitutiveequaton固液界面MesoscaleDamicsMolecularDynamcsNewton:F=MaMaterilsLengthHd=Ed生物体系市心Angstrom#page#如何实现大规模密度泛函理论计算？A+Va+Vll+Vxolf)）=Kohn-Sham方程基础前沿交叉：量子力学、理论化学、数值算法、高

3、性能并行计算人第一原理计算对于材料、能源、环境、生物等领域的重要意义如何算得更准、更快、更大？准：第一性原理密度泛函理论传统计算方法线性标度算法实验大：低标度计算（线性标度）快：高性能计算和超级计算机先进功能材料和能源材料理论 计算人高性能计算软件与大数据平台体系尺寸N高性能计算软件超级计算机#page#2单核时代的摩尔定律CPU时钟频率每18个月翻一番CPU制造工艺逐渐接近物理极限功耗和发热成为巨大的障碍Pentium Tejas1000STOF10004740O0878福#page#2GPU vs CPU设计重心转向到多核异构的集成技术GPU是一种特殊的多核处理器更强的浮点计算能力、存储器

4、带宽Peak Doublc Precision Flops (GFlops）Peak Memory Bandwidth （GB/s）diacpuvida cPU1000A100A10000060）V100400P1000K202000M2090106M10620122014022016010201400#page#2CPU-GPU异构平台CPU：Latency-Oriented更多资源用于缓存和逻辑控制GPU：HighThroughput-Oriented更多资源用于计算，适用于高并行性、大规模数据密集型、可预测的计算模式CPU-GPU异构平台：结合两者优势加速第一性原理计算ALLALUAUA

5、LU0中5DRAMCPU28DRAMdatafrom https:/ Studio用户代号1.2%口共店公”第一性原理计算材料模拟占主导地位瓶颈：VASPP排名第一，模拟数百原子体系，小规模干核并行计算#page#2开发第一性原理高性能计算软件10010,000基组/电子平面波基组完备基组，周期性（PWDFT，VASPQuantumEsspresso，ABINIT）原子基组1100基组/电子局域基组（HONPAS，ABACUS，SIESTA，Gaussian，FHl-aims）自适应局域基组（ALB）1100基组/电子正交局域完备基组，考虑到复杂化学环境的影响人PWDFT： Plane-Wav

6、e Density Functional TheoryHONPAS: Hefei Order-N Packages for Ab initio SimulationsDGDFT: Discontinuous Galerkin Method for Density Functional TheoryLin Lin, Jianfeng Lu Lexing Ying， and Weinan E,J.Comput. Phys.231，2140 （2012）WeiHuLin Lin，and Chao Yang,J.Chem. Phys.143,124110（2015）Wei Hu Lin Lin.and