Дорогие читатели, Нашему шестнадцатилетнему, волонтёрскому и некоммерческому проекту для создания новой, современной версии N-N-N.ru, очень нужно посоветоваться касательно платформы нашего сайта – SYMFONY & DRUPAL 8. Платформа не простая, но обещаем – мы не займём много времени, просто нужна консультационная поддержка квалифицированного разраба. Если вы можете помочь, то связаться с нами можно на страницах Facebook.com здесь и здесь.

Расчет физических параметров бинарных интерметаллидов, на основе технологии NVidia CUDA

Продолжаем цикл статей о квантово-механических расчетах из «первых принципов». В данной статье приводится рассмотрение возможности эффективного математического моделирования наносистем и их свойств с использованием GPU, на примере бинарных интерметаллидов.

GPU-вычисления – это современный, эффективный и быстрый способ для математического моделирования наноструктур «из первых принципов», их свойств. Эта статья содержит некоторые результаты расчетов прочностных свойств некоторых стабильных бинарных интерметаллидов. Это различные сочетание Al, Si, Mg, Cu, Fe и в структурах«fcc», «NaCl», «cu2mg», «MgCu2», «ZnS», «CaF2», «CsCl», "alfe3» и т.д. (B1, B2, B3, C1, C15, A15, D03, L12, …). Произведен расчет пространственных конфигураций, параметров решетки, модулей упругости и полной энергии, приходящейся на атом, для перечисленных соединений, также проведено сравнение результатов с экспериментальными данными. Кроме того, оценено увеличение коэффициента производительности при GPU-вычислениях на основе технологии NVidia CUDA. Все расчеты проводились на программном обеспечении GPAW и Abinit, и их GPU-версий.

Алюминий, магний, медь, железо и их сплавы используются в разработке материалов с новыми свойствами. Большая популярностью этих сплавов связана с их общими функциональными свойствами, механическими свойствами, небольшим удельным весом, стойкостью к коррозии и успешной механической обработкой. Легкие сплавы металлов, таких как магний и алюминий, в настоящее время требуются и широко используются в автомобильной и авиационной промышленности. Эти сплавы обычно содержат также одну или несколько присадок, таких как кремний, никель и марганец, и, в этой связи, имеют достаточно сложные фазовые диаграммы. Оценка свойств таких многокомпонентных систем является очень сложной задачей, так как различные составляющие элементы могут образовывать различные фазы, возникновение которых зависит от соотношения компонентов интерметаллида.

_52.jpgДвухкомпонентные интерметаллиды.

Предполагается, что в этой области материаловедения будут разработаны квазикристаллические наноматериалы с уникальным сочетанием высокой прочности, низким коэффициентом трения и термическую стабильность, что сделает их перспективными для использования в машиностроении и т.п..

_53.jpgТрехкомпонентные интерметаллиды.

Ab-Initio расчеты в данной работе проведены на основе теории функционала плотности (ТФП), в базисе плоских волн (PAW метод), реализованный в ПО «GPAW» и ПО «AbInit» . GPAW основан на подходе дискретизации реального пространства в виде матрицы, которая определяется размером пространственной сетки и числом электронных состояний в системе. Расчет модуля упругости был получен на основе анализа значений кривой энергетических состояний по алгоритму Бирч-Мурнагана без релаксации атомных позиций.

Таблица 1. Расчет основных свойств бинарных интерметаллидов. _54.jpg

Таблица 2. Расчет основных свойств бинарных интерметаллидов (продолжение). _55.jpg

Для того чтобы проверить эффективность GPU-расчетов в этой работе, выполнение вызовов процедур BLAS из ПО «GPAW» было переложена на GPU. Такие BLAS-функции, как DGEMM, Dsyr2k и Dsyrk, потребляют 46% машинного времени при вычислениях, и были заменены на аналогичные cuBLAS-функции (BLAS on CUDA). В таблице 3 приведены параметры эффективности и ускорение вычислений на GPU.

Таблица 3. Прирост производительности при использовании GPU. _56.jpg

В приведенных выше расчетах наносистем еще больше ускорение можно обеспечить за счет полной замены BLAS на cuBLAS, и также дальнейшем полном переходе на CUDA. Все расчеты проводились также на ПО «Abinit», для проверки результатов.

Работа выполнена в отделе «Управления Информатизацией» Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (5 votes)
Источник(и):

ФГБОУ ВПО Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет