基于第一性原理量子输运模拟的并行计算

摘要：

为了解决基于第一性原理分析计算大尺度量子输运体系时遇到的耗时长久问题，挖掘密度泛函理论与非平衡格林函数相结合方法( DFT＋NEGF方法)在自洽迭代过程中的计算热点，就计算电子密度矩阵时的能量点积分和计算格林函数时的矩阵求逆/乘法运算提出MPI/OpenMP并行计算方案。能量点积分采用MPI多进程并行方案，在数据初始化时需要将稀疏矩阵和积分能量点依照轮询调度算法分配给各进程。矩阵求逆/乘法的并行化既可调用ScaLAPACK子程序实现又可调用Intel MKL数学库中的OpenMP多线程加速函数实现。由于不同能量点计算的独立性，能量点积分采用的MPI并行计算获得近乎线性的加速比曲线。由于OpenMP多线程并行采用的是基于共享内存的数据交换机制以及线程间切换通信开销小，矩阵求逆/乘法运算的OpenMP并行实现在计算效率上要优于而在程序的可扩展性上要劣于MPI多进程并行实现。

关键词：第一性原理计算、密度泛函理论、格林函数、MPI、并行计算

分类号：O411.2(理论物理学)

资助基金：国家核电技术公司员工自主创新项目SNP-KJ-CX-2015-27;大型先进压水堆核电站重大专项核电关键设计软件自主化技术研究课题2011ZX06004-024

在线出版日期：2016-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：631-638