一种运用高性能应用软件实现材料性能预测的方法
【专利摘要】本发明的一种运用高性能应用软件实现材料性能预测的方法，主要是针对高性能集群上的应用软件的初始物理模型。采用程序设计的方法对物理的结构模型进行合理的设计，来减少应用软件优化的时间，进而减少对服务器的消耗。本发明提供了高性能应用软件在预测物质性能的一种设计方法，加速了计算化学、材料科学、纳米科学中密度泛函理论的算法在高性能计算中的应用。并给出了如何运用高性能应用软件来实现对材料性能的预测，为实验的研究指明了方向和策略，节约了研究的成本。
【专利说明】一种运用高性能应用软件实现材料性能预测的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机用于【技术领域】，具体地说是一种运用高性能应用软件实现材料性能预测的方法。
[0002]本发明涉及高性能计算领域在计算化学，材料科学和纳米【技术领域】的应用，具体通过程序的手段设计出较为合理的结构模型，来实现对应用软件的优化。应用软件的运算效率的提升一直是避免软硬脱节问题的重要解决的难题，采用此种方法可以有效的提高应用软件的运算效率，一定程度上可以缓解应用软件与硬件的脱节的问题。
【背景技术】
[0003]应用软件是高性能计算的基础，其生命周期一般可持续几十年，而一般高性能计算机的生命周期才不过五年左右，其重要性和价值可见一斑。应用软件的应用是高性能计算应用效率提高的瓶颈，如何解决“软硬失衡”问题，也是高性能计算方面的研究热点。
[0004]硬件平台的进步发展追求的性能指标是浮点运算能力。而应用软件根据不同的行业对硬件平台的性能需求是多样化的。科学计算属于计算密集型对处理器(CPU)要求比较高，工程计算属于存储密集型的商业事务处理对磁盘的读写(I/o)要求较高。随着用户群的扩大，对应各个领域的应用软件对硬件性能的需求出现了多元化的现象。一味的追求浮点运算能力的硬件平台已经不能满足当前应用软件发展的目标。要提高应用软件在服务器上的运算性能，加强硬件平台的性能是必要的，但是研制出利用易于在高性能集群上并行化的应用软件是当前的紧务之急。随着并行库的出现，许多软件实现了并行化，但是软件的并行化程度还不高，而且并行化效率也比较低。但是应用软件需要考虑一系列的理论模型，包括基本的理论模型和数学算法，从这个方面来讲要单纯的懂并行程序的编程人员来实现应用程序的并行化是不太可能的。物理模型和数学算法力不从心、无法胜任，这就是现在绝大多数的应用软件效率低下、可扩展性差的主要原因。尤其在计算化学，材料科学和纳米【技术领域】的应用软件的理论模型建立的合理与否更是关系到应用软件的运行效率。
[0005]要破解现在的这些难题，一方面，我们应该大力研究和发展新的与现今超级计算机体系结构相匹配的物理模型和数学算法，这是突破现有瓶颈的终极手段。这是需要巨大的人力和时间的投入才能实现的。另一方面我们可以从应用软件初始阶段读入的初始模型上进行优化，合理的初始物理模型的构建比较加速其优化的过程，也必将加速软件的运行效率和计算的合理性。因此，如何合理、科学的设计应用软件初始读入的物理模型就是本发明所要解决的主要问题。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题是设计一种产生合理的初始的物理模型的程序，从而加速应用软件的快速运行并得到合理结果。
[0007]本发明的目的是按以下方式实现的，具体来说，大体可分为如下几个步骤:
I)依据实验数据和应用软件优化的结果，确定物体的空间结构和对称群以及一些必要的参数，肯定材料的空间排布确定物质的坐标空间，对于周期性的材料要考虑到周期性和真空层，要使构建的材料更符合物理意义；
2)确定好参数数据之后，设计产生物理模型的程序结构及其要实现的目的；
3)产生符合物理意义的物理模型的数据，设计好程序代码，运行程序产生更接近优化结果且符合物理意义的模型的数据；
4)把数据导入应用程序；把产生的模型的数据潜入到应用程序的初始输入文件中；
5)应用程序读入数据，在高性能集群上进行运行；
6)分析应用程序的结果，分析物质的性能。
[0008]本发明的有益效果是:本发明主要是针对高性能集群上的应用软件的初始物理模型。采用程序设计的方法对物理的结构模型进行合理的设计，来减少应用软件优化的时间，进而减少对服务器的消耗。本发明提供了高性能应用软件在预测物质性能的一种设计方法，加速了计算化学、材料科学、纳米科学中密度泛函理论的算法在高性能计算中的应用。并给出了如何运用高性能应用软件来实现对材料性能的预测，为实验的研究指明了方向和策略，节约了研究的成本。
[0009]本发明具体通过程序的手段设计出较为合理的物理模型，来实现对应用软件的优化。应用软件的运算效率的提升一直是避免软硬脱节问题的重要解决的难题，采用此种方法可以有效的提高应用软件的运算效率，一定程度上可以缓解应用软件与硬件的脱节的问题。也极大的方便了研究人员对微、纳体系做更深入的探索和发现。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明计算方法的流程图；
图2是针对具体应用软件产生物理模型的设计程序图。
【具体实施方式】
[0011 ] 参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。
[0012]为了使本发明的目的、技术方案和优势更加清晰，我们以一个具体的应用程序在计算石墨烯材料的储氢为例，并结合附图，对本发明中的关键步骤进行详细说明，对于其它的应用软件，对应不同体系的应用程序的产生模型与之相同。
[0013]如附图1所示，给出了本发明所涉及的分析流程的示意图。
[0014]其基本的分析、组织流程如下:
1.参考实验数据或应用软件优化的结果确定物体的空间结构和对称群，以及一些必要的参数，肯定材料的空间排布确定物质的坐标空间，对于周期性的材料要考虑到周期性和真空层，要使构建的材料更符合物理意义；
2.确定好参数数据之后，设计产生物理模型的程序结构，及其要实现的目的；
3.设计好程序代码，运行程序产生更接近优化结果且符合物理意义的模型的数据；
4.把产生的模型的数据潜入到应用程序的初始输入文件中；
5.应用程序读入数据，在高性能集群上进行运行；
6.分析应用程序的结果，分析物质的性能；
如附图2所示给出了产生物理模型的程序代码，及其实现的功能，可适用于周期性循环的结构。
[0015]本发明提供了高性能应用软件在预测物质性能的一种设计方法，加速了计算化学、材料科学、纳米科学中密度泛函理论的算法在高性能计算中的应用。既优化了应用软件在高性能集群上的运行效率，又方面的科研工作人员设计材料的物质结构。为研究人员对微、纳体系做更深入的探索和发现。
[0016]除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
【权利要求】
1.一种运用高性能应用软件实现材料性能预测的方法，其特征在于基本分析、组织流程如下: 1)依据实验数据和应用软件优化的结果，确定物体的空间结构和对称群以及一些必要的参数，肯定材料的空间排布确定物质的坐标空间，对于周期性的材料要考虑到周期性和真空层，要使构建的材料更符合物理意义； 2)确定好参数数据之后，设计产生物理模型的程序结构及其要实现的目的； 3)产生符合物理意义的物理模型的数据，设计好程序代码，运行程序产生更接近优化结果且符合物理意义的模型的数据； 4)把数据导入应用程序；把产生的模型的数据潜入到应用程序的初始输入文件中； 5)应用程序读入数据，在高性能集群上进行运行； 6)分析应用程序的结果，分析物质的性能。
【文档编号】G06F17/50GK103473430SQ201310438721
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】胡自玉 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司