高性能计算是现代超级计算机上加速第一性原理密度函数理论计算材料模拟的有力工具。在本次报告中, 我们介绍了平面波软件PWDFT、原子轨道线性标度软件HONPAS和间断有限元低标度软件DGDFT的发展, 所采用的先进高性能并行数值算法。PWDFT是标准的赝势平面波高性能计算软件, 采用了先进迭代对角化算法和的低秩分解近似算法, 适合于千原子内高性能并行计算, 支持GPU-CUDA和DCU-HIP加速计算, 性能加速显著优于VASP。HONPAS采用严格局域的数值原子轨道基组, 主要面向上千原子体系的杂化泛函线性标度计算, 采用多级MPI动态并行, 可扩展到数万核心。DGDFT基于间断伽辽金方法, 采用在自洽场迭代过程中动态产生的自适应局域基函数离散, 其精度媲美于标准平面波基组; 同时, DGDFT方法采用两级并行化策略和异构加速, 具有高度可扩展性, 可以在新一代神威超级计算机使用近四千万核心并行计算, 依然保持60%的并行效率, 可以用于研究包含数百万原子复杂金属体系的电子结构性质。

胡伟, 研究领域为理论与计算化学, 针对凝聚相复杂体系的高精度电子结构计算和动力学模拟, 发展了多种数值算法以降低多中心积分计算的标度和加快自洽场迭代收敛的速度, 同时提出了相应的高性能并行计算方法。特别是面向国产超级计算机, 开发了四款第一性原理高性能并行计算软件(KSSOLV、PWDFT、HONPAS和DGDFT), 实现了百万原子千万核心并行第一性原理计算规模。而且, 通过第一性原理电子结构计算和动力学模拟, 提出新型物理模拟, 结合高通量计算和机器学习逆向设计实现复杂体系多功能材料计算模拟, 同时也与国内外实验组展开广泛的合作, 解释实验新现象, 分析本征机制, 为实验提供有效的理论保障。曾获2018年中国科学院百人计划, 2020年中国化学会唐敖庆理论化学青年奖和2023年教育部青年长江学者。高性能计算软件DGDFT成果"神威•太湖之光超级计算机首次实现千万核心并行第一性原理计算模拟"作为我国在"战略高技术领域取得的新跨越"的十项代表性成果之一, 入选在2021年两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会上讲话。DGDFT在新一代神威•海洋之光超级计算机上首次突破百万原子千万核心第一性原理计算模拟, 入围2022年全球超级计算大会美国计算机协会"超级计算应用领域的诺贝尔奖"—"戈登·贝尔"奖提名, 同时获得2022年第十八届全国高性能计算学术年会中国超算最佳应用奖和2022年中国科学技术大学杰出研究校长奖。