Increasing the Efficiency of Massively Parallel Sparse Matrix-Matrix Multiplication in First-Principles Calculation on the New-Generation Sunway Supercomputer

超级计算机 并行计算 巨量平行 计算机科学 矩阵乘法 乘法(音乐) 稀疏矩阵 计算科学 基质(化学分析) 数学 物理 化学 计算化学 组合数学 量子 色谱法 量子力学 高斯分布
作者
Xin Chen,Yingxiang Gao,Honghui Shang,Fang Li,Zhiqian Xu,Xin Liu,Dexun Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (12): 4752-4766 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tpds.2022.3202518
摘要

The first-principles approach based on density-functional theory (DFT)/density-functional perturbation theory (DFPT) is widely used in calculations of the systems' ground state energy, response properties (e.g., polarizability, phonon dispersions) and is playing an increasingly important role in chemistry, physics and materials science. For the large-scale calculations, the computation of the density matrix/response density matrix in DFT/DFPT has become the main performance bottleneck. One of the solutions is using the linear scaling method to get the density matrix and response density matrix. Here a massively parallel medium sparse matrix-matrix multiplication algorithm is designed for first-principle calculations and implemented on the new-generation Sunway supercomputer. Experiments show that the proposed method has obvious performance advantages compared to the original parallel version under moderate sparsity. The computing cores scale to 3,900,000 with strong scalability of 77.3 $\%$ .
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