論文の概要: Accelerating Real-Time Coupled Cluster Methods with Single-Precision
Arithmetic and Adaptive Numerical Integration
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.05175v1
- Date: Tue, 10 May 2022 21:21:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-13 17:35:38.298455
- Title: Accelerating Real-Time Coupled Cluster Methods with Single-Precision
Arithmetic and Adaptive Numerical Integration
- Title（参考訳）: 単精度演算と適応数値積分による実時間結合クラスタ法高速化
- Authors: Zhe Wang, Benjamin G. Peyton and T. Daniel Crawford
- Abstract要約: 単精度算術は,実時間シミュレーションの記憶コストと乗算コストを約2倍に削減することを示した。
水クラスターの試験シミュレーションにおいて, 最大14因子のさらなる高速化は, 素直な実装によって得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.469636229370366
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We explore the framework of a real-time coupled cluster method with a focus
on improving its computational efficiency. Propagation of the wave function via
the time-dependent Schr\"odinger equation places high demands on computing
resources, particularly for high level theories such as coupled cluster with
polynomial scaling. Similar to earlier investigations of coupled cluster
properties, we demonstrate that the use of single-precision arithmetic reduces
both the storage and multiplicative costs of the real-time simulation by
approximately a factor of two with no significant impact on the resulting
UV/vis absorption spectrum computed via the Fourier transform of the
time-dependent dipole moment. Additional speedups of up to a factor of 14 in
test simulations of water clusters are obtained via a straightforward GPU-based
implementation as compared to conventional CPU calculations. We also find that
further performance optimization is accessible through sagacious selection of
numerical integration algorithms, and the adaptive methods, such as the
Cash-Karp integrator provide an effective balance between computing costs and
numerical stability. Finally, we demonstrate that a simple mixed-step
integrator based on the conventional fourth-order Runge-Kutta approach is
capable of stable propagations even for strong external fields, provided the
time step is appropriately adapted to the duration of the laser pulse with only
minimal computational overhead.
- Abstract（参考訳）: 計算効率の向上に焦点をあて,リアルタイムクラスタリング手法の枠組みについて検討する。
時間依存のschr\"odinger方程式による波動関数の伝播は、計算資源、特に多項式スケーリングを伴う結合クラスタのような高レベル理論に対する高い要求を与える。
連成クラスタ特性の以前の研究と同様に、単精度演算を用いることで、時間依存双極子モーメントのフーリエ変換によって計算されるUV/vis吸収スペクトルに有意な影響を及ぼすことなく、実時間シミュレーションの記憶と乗算コストを約2倍に削減できることを示した。
従来のcpu計算と比較して、簡単なgpuベースの実装により、水クラスターのテストシミュレーションにおいて最大14倍の高速化が得られた。
また,数値積分アルゴリズムを巧みに選択することでさらなる性能最適化が可能であり,キャッシュ・カープ積分器などの適応手法は計算コストと数値安定性の効果的なバランスを提供する。
最後に、従来の4次runge-kutta法に基づく単純な混合ステップ積分器は、時間ステップが最小の計算オーバーヘッドでレーザーパルスの持続時間に適切に適合している場合、強い外部場においても安定した伝播が可能であることを実証する。
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