研究论文

基于K-均值聚类的低秩近似加速并行第一原理激励状态计算

作者:

骏仕（Junshi）陈,

杰线路接口单元,

世界环境学会胡、和

商行安作者信息和声明

ICPP’22：第51届并行处理国际会议记录

2022年8月

文章编号：85，第页1-11

https://doi.org/10.1145/3545008.3545092

出版:2023年1月13日出版历史

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摘要

第一原理含时密度泛函理论（TDDFT）是凝聚态物理、计算化学和材料科学中准确描述分子和固体激发态性质的有力工具。然而，TDDFT计算的一个明显缺陷是其超高的计算成本和大内存使用量，特别是对于平面波基组，这限制了其应用于包含数千个原子的大型系统。在这里，我们提出了线性响应TDDFT（LR-TDDFT）的大规模并行实现，并通过将基于K-Means聚类的低阶近似与迭代特征解算法相结合，将复杂性降低到。此外，我们仔细设计了并行数据和任务分配方案，以适应不同计算步骤中的物理性质，并采用了几种优化方法来有效处理LR-TDDFT哈密顿量的构造和对角化的矩阵运算和数据通信。特别是，与传统的LR-TDDFT计算相比，我们的方法可以将计算和存储成本显著降低近2个数量级。数值结果表明，我们的实现可以获得10倍的总体加速比，并在几十秒内有效地扩展到12288个CPU内核，用于4096个原子的大型系统。

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索引术语

基于K-均值聚类的低秩近似加速并行第一原理激励状态计算
1. 应用计算
  1. 物理科学与工程
    1. 化学
2. 计算方法
  1. 并行计算方法

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2022年8月

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