【摘 要】
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基于平面波的第一原理计算方法是目前材料科学中最常用的.但传统的CPU并行计算已遇到可扩展性瓶颈,无法改善其求解的绝对速度.本文将系统地介绍利用GPU加速技术开发的大规模第一原理材料计算软件:Ultra—Mat.这一软件对第一原理平面波算法进行了系统的算法设计和软件实现:1)通过改变传统FFT并行方案,实现了快速傅里叶变换的GPU局部操作；2)设计了基于数据压缩的混合精度算法,显著减少了电子结构计算
【机 构】
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基于平面波的第一原理计算方法是目前材料科学中最常用的.但传统的CPU并行计算已遇到可扩展性瓶颈,无法改善其求解的绝对速度.本文将系统地介绍利用GPU加速技术开发的大规模第一原理材料计算软件:Ultra—Mat.这一软件对第一原理平面波算法进行了系统的算法设计和软件实现:1)通过改变传统FFT并行方案,实现了快速傅里叶变换的GPU局部操作；2)设计了基于数据压缩的混合精度算法,显著减少了电子结构计算部分的MPI通信；3)同时完成了逾90％代码的GPU实现,目的是最大限度地减少中间流程,以避免CPU—GPU切换引发的数据传输,这是GPU应用中公认的性能瓶颈.测试结果显示Ultra—Mat具有很好的计算性能,对于512原子的GaAs系统,在电子结构计算部分,使用256GPU卡相比4096CPU核.有18倍的加速.
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