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RESCU --大体系KS-DFT计算软件
发布时间:2017-02-21  发布人:xiuxiuli

 

RESCU是一款仅仅用小型计算机就能研究超大体系的KS-DFT计算软件。 RESCU是Real space Electronic Structure CalcUlator(实空间电子结构计算程序)的缩写,它的核心是一种全新、极其强大、并行效率超高的KS-DFT自洽计算方法。

RESCU可以使用各类计算机资源,从笔记本电脑、桌面单机、到16核、64核、256核、到更大的超算、包括用GPU加速等等,来计算包含一千、数千、上万、乃至更大体系的电子结构性质。RESCU是解决超大体系KS-DFT问题的里程碑式的新方法,正在被应用于金属、半导体、绝缘体、液体、DNA、1维、2维、3维、表面、分子、磁性、非磁性、杂质、固体等等不同系统的KS-DFT计算。

RESCU主要理论贡献和软件特点

  • 利用数值化原子轨道(NAO)生成非常有效的初始希尔伯特子空间。
  • 利用Chebyshev滤波,完全避免了在全希尔伯特空间求解本征值来精确求解KS-DFT的过程。
  • 通过新颖的计算过程,将求解KS-DFT方程的O(N3) 度规大大改善。即使当电子数N达到数万,RESCU的计算度规也仅仅为O(N2.3)。
  • 在256核的小型计算平台上,使用实空间离散格点基矢,计算超过8000个原子规模的体系;而若用NAO基矢,体系的规模升高至约15000个原子的级别。在更大的计算机上,可以期待研究超大的系统。
  • 当系统包含数万个电子时,RESCU采用全新的partial Rayleigh-Ritz算法保证了超高的计算效率。

计算精度:使用实空间离散格点基矢时与其他标准的平面波基矢KS-DFT软件在同一级别;用NAO基矢时与其他标准的LCAO基矢KS-DFT软件在同一级别。

 表中:全希尔伯特空间为Nx×Ny×Nz,而RESCU经过Chebyshev滤波而找到的精确求解KS-DFT的子希尔伯特空间 – Subspace,要小得多,从而达到超高的求解效率。最后一列是达到最终收敛的总计算时间。

 

表中的计算实例为:

  • 包含5832个Si原子的超胞
  • 包含8788个Al原子的超胞
  • 包含5324个Cu原子的超胞
  • 1713个水分子中的DNA小分子(共包含5399个原子)

RESCU相关产品

  • RESCU单机版
  • RESCU教学版
  • RESCU服务器版
  • RESCU一体机

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