Разработки ab initio методов и программ для современных параллельных компьютеров

Пакет SIESTA

В пакете реализован метод функционала плотности с использованием стандартных, сохраняющих норму, псевдопотенциалов и удобного численного LCAO базиса. Базисные функции и электронная плотность проектируются на пространственную сетку для вычисления потенциалов Хартри и обменно-корреляционного потенциала и матричных элементов с числом операций, масштабируемым линейно с размером системы. Используется модифицированный функционал энергии, минимизация которого производится с помощью ортогональных волновых функций. Главное свойство пакета — это линейное масштабирование с размером системы. Силы и напряжения вычисляются точно и эффективно, тем самым позволяя проводить структурную релаксацию и моделирование молекулярной динамики.

Код LSMS

В работе [100] описан новый параллельный метод ab initio (LSMS) сложности порядка N задач нанотехнологий для твердого тела.

Возможность дизайна материалов на нано масштабах содержит значительные научные и технологические возможности благодаря тому факту, что наноструктурированные материалы могут иметь физические и химические свойства, которые отличаются как от характеристик изолированных атомов, так и от характеристик материала на макроуровне. Однако нанонаука выдвигает новые требования к методам вычисления из первых принципов. Прежде всего учитывают огромное число атомов в наносистеме. Например, нанометровый куб железа содержит порядка 12 000 атомов. В коде учтены недавние продвижения в методе локально самосогласованного множественного рассеяния (LSMS — Locally self-consistent multiple scattering) [100]. В коде используется техника вычислений из первых принципов, имеющая масштабирование порядка N и пригодная к использованию массивно-параллельных вычислений, что делает возможным прямые квантовые вычисления нанострук- турированных материалов. Применяемый метод предназначен для проведения моделирования электрических и магнитных свойств наноструктурированных материалов с размерностью, близкой к 10 нм. В работе [4] предложено новое применеие этого метода и описаны вычисления, содержащие 1G 000 атомов для моделирования электрических и магнитных структур, вычислиемых для наночастиц железа, включенных в кристаллическую матрицу алюминида железа.

Код CPMD

Этот код развивается и поддерживается Швейцарской исследовательской лабораторией IBM и имеет возможности, близкие к двум описанным выше кодам. Описание кода можно найти на сайте http://www.zurich.ibm.com/deepcomputing. В настоящее время код поставлен на факультете ВМК МГУ на суперкомпьютерах IBM (IBM pSeries G90 Regetta и Blue Gene/P). Более подробное описание метода Кар— Парринелло, представляющего основу кода, рассмотрим в следующих главах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >