BigDFT的多贝西小波并行计算优化与效率分析

"本文主要探讨了云计算环境下的多贝西小波密度泛函（Multiwavelet Density Functional Theory, MDFT）方法在并行计算中的应用及其效率分析。MDFT是一种在材料科学、物理学、化学和纳米科学等领域广泛应用的电子结构计算方法，它利用多贝西小波的局域特性来提高计算精度。BigDFT是一个基于MDFT的电子结构计算程序，支持MPI、OpenMP、CUDA和OpenCL等并行计算技术，以适应不同规模的模拟计算需求。 随着计算机硬件的发展，高性能计算平台提供了强大的计算能力，但也带来了复杂的硬件架构和性能优化的挑战。文章深入研究了BigDFT程序的并行计算策略，详细分析了影响并行效率的各种因素，并在特定的高性能计算平台上进行了硅原子模型的数值模拟实验，以确定最佳的并行计算配置。 首先，作者对电子结构计算的理论基础和并行计算技术进行了全面的文献调研，概述了这两者的最新发展动态。接着，为了优化BigDFT的并行编译环境，对比了多种编译器和数学库，为后续的性能优化提供了基础。此外，作者还深入学习了高性能计算集群的管理与维护，包括Linux系统操作、集群调度软件LSF的使用以及并行文件系统的管理。 在数值模拟阶段，作者设计并实施了针对不同模型的并行计算方案，考虑到计算资源的限制和超算平台的使用规则，得出结论：在每个计算节点接近满载的情况下（进程数接近节点核心数），保持进程数一致，可以达到最佳的并行效率和计算资源利用率。这些研究对于提升计算密集型应用如BigDFT的性能具有重要意义。 关键词：BigDFT；多贝西小波；并行效率"