| 研究課題/領域番号 |
17K05138
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
計算科学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 英明 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10291436)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 超並列計算 / 実空間グリッド法 / 密度汎関数法 / Hartree-Fock交換エネルギー / FFT / CG / 実空間グリッド / HF交換エネルギー / 並列計算 / 3次元FFT / 実空間密度汎関数法 / 超並列化 / ポアソン方程式 / MPI / ハイブリッド汎関数 / 交換エネルギー |
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| 研究成果の概要 |
この課題において、ハイブリッド交換汎関数の並列計算を高速化する為に、Hartree-Fock(HF)交換エネルギーの超並列実装を２つの方法で行った。先ずHF交換ポテンシャルを計算する問題を実空間グリッド上で差分表示されたPoisson方程式を解く問題に還元した。次に、Khon-Sham軌道対の積が作る電子密度の静電ポテンシャルに対するPoisson方程式を共役勾配法(CG)によって逐次的に解く方法を開発した。さらに、差分表示されたPoisson方程式をPFFTとよばれる3次元FFTによって解く方法を開発した。ベンチマークテストによれば、FFT法はCG法よりも高速であることが分かった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
密度汎関数法(DFT)は化学や物理の理論の分野で必須のツールであり、これを並列計算によって高速化することは、DFT法の応用範囲を拡張する上で重要である。DFT計算の精度を向上させる為には、Hartree-Fockの交換エネルギーを部分的に含む、ハイブリッド汎関数の使用が標準となっている。実空間グリッド基底はDFTの並列計算を高速化する上で極めて有効であることが実証されているが、HF交換ポテンシャルのような非局所な演算子の実行には不利である。本研究の遂行によって実空間グリッド基底によるハイブリッド汎関数の実行が高速化され、ひいては、機能性分子の合成や反応のメカニズムの解明に資する。
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