第一性原理计算软件包ABACUS中格点积分的优化-科研信息化技术.pdf

科研信息化技术与应用 2 0 1 5 , 6 ( 5 ) : 1 2 – 2 1 TECHNOLOGY ·技术 / · 第一性原理计算软件包 ABACUS 中 格点积分的优化 1 1 2 沈瑜 ，李会民，刘晓辉 1. 中国科学技术大学 网络信息中心 超级计算中心，合肥 230026 2. 中国科学技术大学 量子信息重点实验室，合肥 230026 摘 要：ABACUS 是中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室自主研发的新型基于密度泛函和数值 原子轨道基组的第一性原理计算软件包，在该软件中需要使用格点积分来计算局域势和电子密度， 这两部分的计算是程序运行中主要耗时的部分。我们采用了内存池和高性能数学库对这两部分进行 了优化，最终使得程序对内存带宽和 CPU 高级矢量扩展的利用率有了大幅提高，实际计算速度得到 了有效的提高。经过实测，在 200 个 Ti 原子的算例中，这两部分的速度分别提高到原来的 4.2 倍和 6.4 倍，整体速度提高到原来的2.8 倍。 关键词： 优化；第一性原理；格点积分；内存带宽；高级矢量扩展 doi: 10.11871/j.issn.1674-9480.2015.05.002 Grid-Integration Optimization for First-Principle Package ABACUS 1 1 2 Shen Yu , Li Huimin , Liu Xiaohui 1. Network Information Center, Supercomputing Center, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China 2. Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China Abstract: ABACUS is a first-principle code package based on the density functional theory and numerical atomic basis sets, which was developed by Key Lab of Quantum Information of Chinese Academy of Science at University of Science and Technology of China. The grid-integration, which is used to calculate local potentials and charge density, is one of the most time-consuming parts in the package. We have used 12 沈 瑜 等: 第一性原理计算软件包ABACUS 中格点积分的优化 memory pools and high-performance math library to accelerate these two parts, this made the memory read/write speed and the utilization of advanced vector extensions of CPUs substantially increased, thus the calculation has