混合编程模型策略用于电子结构计算内核的GPU卸载
Jean-Luc Fattebert1, Christian F A Negre2, Joshua Finkelstein2
1Computational Sciences and Engineering Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831, USA.
我们开发了基本矩阵库 (BML) 和PROGRESS库,以提高电子结构解决器的性能和跨CPU和GPU的可移植性. 这些库允许对密度函数理论和紧密结合模型的单粒子密度矩阵进行高效的计算.
科学领域:
- 计算物理 计算物理
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 量子化学 是一个量子化学.
背景情况:
- 电子结构计算是计算密集的.
- 在多种硬件 (CPU,GPU) 上实现性能可移植性是一个重大挑战.
- 现有的图书馆可能缺乏统一的接口或广泛的架构支持.
研究的目的:
- 开发和介绍基本矩阵库 (BML) 和并行,快速O ((N) 和基于图的递归电子结构解决器 (PROGRESS) 库.
- 为了实现电子结构解决器的高效和便携式实现.
- 解决计算材料科学和量子化学中的性能挑战.
主要方法:
- 开发了基本矩阵库 (BML),用于在CPU和GPU的密集和稀疏矩阵上进行统一的线性代数运算.
- 实现了PROGRESS库,利用BML,用于电子结构解决器,专注于密度函数理论和紧密结合模型.
- 利用OpenMP目标功能和第三方库用于GPU加速和性能关键的数值内核.
主要成果:
- 在不同的计算机架构中展示了BML和PROGRESS库的性能可移植性.
- 使用开发的库,展示了单粒子密度矩阵的高效计算.
- 通过基准问题验证了该方法,证实了其有效性.
结论:
- BML 和 PROGRESS 库为电子结构计算提供了一个统一的,便携式的解决方案.
- 使用OpenMP目标功能的实现策略可以实现高效的GPU加速.
- 这些图书馆促进了物理学和化学领域先进的计算方法的开发和部署.
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