2015 Fiscal Year Research-status Report
スピン-軌道相互作用を露わに考慮した線形応答結合クラスター理論の開発と応用
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15K17816
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
河東田 道夫 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 特別研究員 (60390671)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 物理化学 / 計算化学 / 電子状態計算 / 励起状態 / スピン-軌道相互作用 / 相対論的量子化学 / 超並列アルゴリズム / 線形応答結合クラスター理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度には、線形応答結合クラスター理論「LR-CC2法」に基づく励起エネルギーと遷移モーメント計算のシリアル版プログラムの開発を行った。本プログラムの開発にあたっては、シリアル版プログラム開発後に予定している並列版プログラムへの拡張と大規模分子の計算への適用を視野に入れ、計算のボトルネックとなる4中心分子積分計算の高速化と省メモリ化を達成するために、積分のResolution-of-Identity (RI) 近似を適用した「RI-CC2法」を計算手法として選択して実装を行った。RI近似による4中心分子積分計算は多重ループ内で密行列の行列-行列積演算で処理することが可能なため、システムに対して最適化されたBLAS DGEMMを計算カーネルとして用いる実装とし、CPU利用効率の向上を図った。開発したシリアル版プログラムのテストを標準的な構成のIntel Haswell CPUを搭載した計算サーバで実施し、既存プログラムのTurbomoleの計算結果を比較した所、励起エネルギーの計算値が丸め誤差や情報落ちによる数値誤差範囲以上のオーダで正しい計算結果を得られることを確認した。また、CPU実行効率についても、ホットスポットとなるRI近似による4中心分子積分計算がBLAS DGEMM演算で処理されるため、現状のプログラムでも比較的良好な実行性能(平均でピーク性能比約30%)を達成することが確認できた。さらに、シリアル版プログラム開発と平行してMPI/OpenMPハイブリット並列計算アルゴリズムの検討を行い、「京」コンピュータにおける並列性能（ストロングスケーリング）推定を行なった所、「京」1万ノード規模までスケーラビリティを期待できる推定結果が得られたため、来年度に予定している実装を行った際には目標とする並列性能が期待できると考察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究計画では平成27年度中に「LR-CC2法」のMPI/OpenMPハイブリット並列計算プログラムの開発が完了する予定であったが、他プロジェクト・エフォートとの兼ね合いで研究時間の確保に苦慮し、シリアル版プログラムの開発が完了するに留まったため、研究進捗にやや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究計画の遅れを取り戻すため、来年度は本年度に開発したシリアル版プログラムを元にMPI/OpenMPハイブリット並列計算アルゴリズムのプログラム実装を最優先で進める。プログラム実装が完了したら、「京」コンピュータにて実行性能および並列性能の性能評価テストを実施し、開発したアルゴリズムとプログラムの妥当性を検討する。さらに、スピン-軌道相互作用を露わに考慮した線形応答結合クラスター理論「SO-LR-CC2法」の開発を行う。本理論を開発する際には、二成分相対論的量子化学理論の枠組みでスピン-軌道相互作用ハミルトニアンの寄与を露わに考慮する必要があるため、αスピンとβスピンを持つ分子軌道が露わに混合する状態を表現可能なGeneralized unrestricted Hartree-Fock法に基づいたSO-LR-CC2法の定式化を新たに行う。「LR-CC法」のMPI/OpenMPハイブリット並列計算アルゴリズムおよびプログラムの開発を開始する。
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| Causes of Carryover |
「LR-CC2法」のMPI/OpenMPハイブリット並列計算プログラムの開発が遅れたため、開発が順調に進展した際にプログラムのテストと性能評価の実施を計画していた名古屋大学情報基盤センターのスーパーコンピュータシステムの利用申請を取り止めたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に「LR-CC2法」の並列計算プログラムの開発が完了した際に、本年度に予定していたプログラムのテストと性能評価を名大システムを利用して行う予定であるため、差額分はシステム利用料として翌年度分として請求した助成金と共に利用する計画である。
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Research Products
(8 results)
