多貝西小波密度泛函的并行算法及其應用.pdf

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

2、個方面：
　　1.在曙光4000A和IBM高性能集群平臺上搭建了并行計算環(huán)境，包括MPI、PGI(C、FORTRAN)、OpenMP、 CUDA等多種編譯、系統(tǒng)應用軟件的安裝、調試和運行.通過介紹現(xiàn)有的高性能計算平臺上的并行計算技術，結合多貝西小波密度泛函的應用，闡述了CPU-GPU異構體系下密度泛函并行計算的特性與運用.探索了多貝西小波密度泛函程序BigDFT的GPU加速，給出了不同計算規(guī)模下多貝西小波計算的加速比和計算效率.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并行任務加速比增大，效率得到有效提升.在CPU-GPU架構中，通過同步增加CPU核數(shù)和GPU卡的塊數(shù)，實現(xiàn)了高的加速比.
　　2.由于Kohn-Sham軌道是相當不局域的，為更好地可視化分子內部的原子間成鍵信息，需要將Kohn-Sham軌道轉化成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算基礎上的Wannier局域化方法.通過多貝西小波密度泛函總能計算與Wannier90后處理結合的并行計算技術，在表面邊界條件下實現(xiàn)了硅中的硼氧復合點缺陷的Wannier函數(shù)計算.進一步運用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用多貝西小波密度泛函和Wannier函數(shù)進行帶電荷體系的應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