2016 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

Research Project

Project/Area Number	15K17816
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
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)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements	平成28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MPI/OpenMPI並列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」を計算手法として用いた実装を行っている。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ている。開発した並列版プログラムのテストを標準的な構成のIntel Xeon CPU (SandyBridge) を搭載した計算サーバで実施し並列化効率を測定したところ、16ノード規模では良好なストロングスケールを達成できることを確認した。また、CPU実行効率についても、シリアルプログラムの実行性能(ピーク性能比約30%)と比較しても比較的良好な実行性能(ピーク性能比約20%)を達成することが確認できた。次に、京コンピュータやFX100などのSPARCアーキテクチャへの並列版コードの移植に着手したが、移植作業および並列プログラムのテストを実施できる状況には至らなかった。また、LR-CC2法の並列プログラム開発と並行して、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Generalized unrestricted Hartree-Fock法に基づいた2成分スピノールに基づいた定式化を行った。
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28年度中に「SO-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、Intel環境用のLR-CC法の並列版プログラムの開発が完了する状況に留まったため、研究進捗にやや遅れが生じている。
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LR-CC法のMPI/OpenMPハイブリット並列計算アルゴリズムのプログラムのSPARCアーキテクチャへの移植を最優先で進める。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、本年度に定式化したSO-LR-CC2法の計算プログラムの開発を、LR-CC法の計算プログラムを元に複素型の2成分スピノールを取り扱える様な拡張をすることで実現する。
Causes of Carryover	LR-CC2プログラムのFX100などのSPARCアーキテクチャへの並列版コードの移植が年度内に完了せず、予定していた名大FX100システムを用いた並列プログラムのテストと性能評価を実施しなかったため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	本年度に予定していたLR-CC2およびSO-LR-CC2並列プログラムのテストと性能評価を名大FX100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。