双电网和混合精度方法加速平面波混合功能电子结构计算
Bingkun Hou1, Sheng Chen1, Xinming Qin1
1Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, Key Laboratory of the Ministry of Education for Mathematical Foundations and Applications of Digital Technology, and Anhui Center for Applied Mathematics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China.
新的计算技术加速了材料科学领域的混合功能计算. 这些方法提高了密度函数理论 (DFT) 预测电子结构的效率,从而实现了更大的模拟.
科学领域:
- 凝聚物质物理学和材料科学
- 计算材料科学 计算材料科学
- 电子结构理论 电子结构理论
背景情况:
- 结合精确的Hartree-Fock交换 (HFX) 的混合函数对于准确的材料电子结构预测至关重要.
- HFX计算在计算上是密集的,这在密度函数理论 (DFT) 中的大规模模拟中构成了瓶.
研究的目的:
- 为了提高平面波混合功能计算的计算效率.
- 为了使用DFT实现更大,更复杂的材料系统模拟.
主要方法:
- 引入基于自适应压缩交换 (ACE) 和互插可分离密度拟合 (ISDF) 的低级近似的双网格和混合精度技术.
- 双网格方法通过使用较小的切断能量来减少网格大小,用于HFX计算.
- 混合精度方法利用HFX构造的单一精度,同时保持其他DFT过程的双重精度.
主要成果:
- 双网和混合精度技术显著加速平面波混合功能计算的几倍.
- 这些方法实现了这种加速,与原来的低级近似相比,准确度的权衡是可以接受的.
- 通过混合MPI/OpenMP并行实现,成功演示了大规模计算 (高达8,000个原子).
结论:
- 开发的双网和混合精度技术为DFT中的HFX计算提供了计算效率高的方法.
- 这些进步有助于对材料进行更广泛,更准确的电子结构研究.
- 这些方法为解决更大的材料系统和复杂的电子结构问题铺平了道路.
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