有效的全电子混合密度函数,用于超过10 000个原子的原子模拟.
Sebastian Kokott1, Florian Merz2, Yi Yao3
1The NOMAD Laboratory at the Fritz Haber Institute of the Max-Planck-Gesellschaft and IRIS Adlershof of the Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin, Germany.
我们优化了混合密度函数近似 (DFAs) 用于大规模的电子结构模拟. 这种增强的计算效率使得能够准确地模拟超过一万个原子的系统.
科学领域:
- 计算化学和材料科学计算化学和材料科学
- 电子结构理论 电子结构理论
- 高性能计算 高性能计算
背景情况:
- 混合密度函数近似 (DFAs) 为电子结构模拟提供了高精度.
- 混合DFAs的一个计算瓶是精确的交换评估,限制它们的应用到大型系统.
- 现有的半语言DFAs在计算上更便宜,但不太准确.
研究的目的:
- 开发一个显著优化的真实空间实现,用于混合DFAs的准确交换评估.
- 为了实现大规模的初始电子结构模拟,超过一万个原子.
- 提高混合DFAs在高性能计算集群上的性能和可扩展性.
主要方法:
- 实施了基于身份的解决方案的真实空间方法,用于准确的交换评估.
- 使用了完善的消息传递接口 (MPI) 平行化层和MPI-3共享内存阵列.
- 在非周期性和周期性边界条件下,将优化代码应用于全电子模拟.
主要成果:
- 在内存效率,性能,可扩展性和工作负载分配方面取得了实质性的改进.
- 将混合DFAs的适用性扩展到超过一万个原子的系统.
- 证明了各种化学系统的基准性能,包括矿和冰晶,高达30576个原子.
结论:
- 优化的实现大大降低了精确交换评估的计算成本.
- 这一进步使准确的混合DFAs用于大规模材料和分子模拟的使用变得民主化.
- 优化还使其他计算部分受益,例如Hartree潜力和力/应力计算.
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