多貝西小波密度泛函的并行算法及其應(yīng)用.pdf

1、密度泛函計(jì)算方法在材料計(jì)算和多尺度模擬中具有廣泛應(yīng)用.以多貝西小波作為基函數(shù)的密度泛函計(jì)算方法具有局域性好、計(jì)算精度高等特點(diǎn)受到國際上的高度關(guān)注，但其高性能并行應(yīng)用仍然面臨瓶頸.本論文立足高性能計(jì)算平臺開展多貝西小波密度泛函的并行算法研究.實(shí)現(xiàn)了多貝西小波密度泛函的CPU-GPU異構(gòu)計(jì)算，探索了多貝西小波密度泛函的瓦尼爾軌道計(jì)算.針對當(dāng)前具有重要研究背景的材料計(jì)算問題，如二維硅烯材料、碳納米管等，開展了相關(guān)研究.論文的主要工作分為以下三

2、個(gè)方面：
　　1.在曙光4000A和IBM高性能集群平臺上搭建了并行計(jì)算環(huán)境，包括MPI、PGI(C、FORTRAN)、OpenMP、 CUDA等多種編譯、系統(tǒng)應(yīng)用軟件的安裝、調(diào)試和運(yùn)行.通過介紹現(xiàn)有的高性能計(jì)算平臺上的并行計(jì)算技術(shù)，結(jié)合多貝西小波密度泛函的應(yīng)用，闡述了CPU-GPU異構(gòu)體系下密度泛函并行計(jì)算的特性與運(yùn)用.探索了多貝西小波密度泛函程序BigDFT的GPU加速，給出了不同計(jì)算規(guī)模下多貝西小波計(jì)算的加速比和計(jì)算效率.通

3、過表面邊界條件下的模型測試，發(fā)現(xiàn)在純CPU架構(gòu)中，通過CPU核數(shù)的增加能使多貝西小波密度泛函程序BigDFT并行任務(wù)加速比增大，效率得到有效提升.在CPU-GPU架構(gòu)中，通過同步增加CPU核數(shù)和GPU卡的塊數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高的加速比.
　　2.由于Kohn-Sham軌道是相當(dāng)不局域的，為更好地可視化分子內(nèi)部的原子間成鍵信息，需要將Kohn-Sham軌道轉(zhuǎn)化成Wannier表象中的局域軌道.借助于Wannier90程序給出的最大局域化瓦尼

4、爾函數(shù)，研究了多貝西小波密度泛函總能計(jì)算基礎(chǔ)上的Wannier局域化方法.通過多貝西小波密度泛函總能計(jì)算與Wannier90后處理結(jié)合的并行計(jì)算技術(shù)，在表面邊界條件下實(shí)現(xiàn)了硅中的硼氧復(fù)合點(diǎn)缺陷的Wannier函數(shù)計(jì)算.進(jìn)一步運(yùn)用Wannier局域化方法，研究了二維硅烯中的最大局域化軌道.為表面邊界條件下運(yùn)用多貝西小波密度泛函和Wannier函數(shù)進(jìn)行帶電荷體系的應(yīng)用提供了可行的方案.
　　3.除了多貝西小波基的密度泛函研究，還探索了