論文の概要: cuNNQS-SCI: A Fully GPU-Accelerated Framework for High-Performance Configuration Interaction Selection withNeural Network QQantum States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15768v1
• Date: Fri, 17 Apr 2026 07:15:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-20 22:00:19.78381
• Title: cuNNQS-SCI: A Fully GPU-Accelerated Framework for High-Performance Configuration Interaction Selection withNeural Network QQantum States
• Title（参考訳）: cuNNQS-SCI: ニューラルネットワークQQantum状態による高性能構成インタラクション選択のためのフルGPUアクセラレーションフレームワーク
• Authors: Daran Sun, Bowen Kan, Haoquan Long, Hairui Zhao, Haoxu Li, Yicheng Liu, Pengyu Zhou, Ankang Feng, Wenjing Huang, Yida Gu, Zhenyu Li, Honghui Shang, Yunquan Zhang, Dingwen Tao, Ninghui Sun, Guangming Tan,
• Abstract要約: cuNNQS-SCIは、これらのボトルネックを克服するために設計された、完全にGPUアクセラレーションされたSCIフレームワークである。 64GPUのNVIDIA A100クラスタでは、cuNNQS-SCIは最大2.32倍のエンドツーエンドのスピードアップを達成する。 優れた分散パフォーマンスを示し、強力なスケーリングテストで90%以上の並列効率を維持する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.436495225801863
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: AI-driven methods have demonstrated considerable success in tackling the central challenge of accurately solving the Schrödinger equation for complex many-body systems. Among neural network quantum state (NNQS) approaches, the NNQS-SCI (Selected Configuration Interaction) method stands out as a state-of-the-art technique, recognized for its high accuracy and scalability. However, its application to larger systems is severely constrained by a hybrid CPU-GPU architecture. Specifically, centralized CPU-based global de-duplication creates a severe scalability barrier due to communication bottlenecks, while host-resident coupled-configuration generation induces prohibitive computational overheads. We introduce cuNNQS-SCI, a fully GPU-accelerated SCI framework designed to overcome these bottlenecks. cuNNQS-SCI first integrates a distributed, load-balanced global de-duplication algorithm to minimize redundancy and communication overhead at scale. To address compute limitations, it employs specialized, fine-grained CUDA kernels for exact coupled configuration generation. Finally, to break the single-GPU memory barrier exposed by this full acceleration, it incorporates a GPU memory-centric runtime featuring GPU-side pooling, streaming mini-batches, and overlapped offloading. This design enables much larger configuration spaces and shifts the bottleneck from host-side limitations back to on-device inference. Our evaluation demonstrates that cuNNQS-SCI fundamentally expands the scale of solvable problems. On an NVIDIA A100 cluster with 64 GPUs, cuNNQS-SCI achieves up to 2.32X end-to-end speedup over the highly-optimized NNQS-SCI baseline while preserving the same chemical accuracy. Furthermore, it demonstrates excellent distributed performance, maintaining over 90% parallel efficiency in strong scaling tests.
• Abstract（参考訳）: AI駆動の手法は、複雑な多体システムに対するシュレーディンガー方程式を正確に解くという中心的な課題に取り組むことに成功している。 ニューラルネットワーク量子状態(NNQS)アプローチでは、NNQS-SCI(Selected Configuration Interaction)手法が最先端技術として注目され、高い精度とスケーラビリティが認められている。 しかし、その大規模システムへの応用は、ハイブリッドCPU-GPUアーキテクチャによって厳しく制約されている。 特に、集中型CPUベースのグローバルデ複製は、通信ボトルネックによる深刻なスケーラビリティ障壁を生じさせ、ホスト-レジデント結合構成生成は、計算オーバーヘッドを禁止します。 我々は、これらのボトルネックを克服するために設計されたフルGPUアクセラレーションSCIフレームワークであるcuNNQS-SCIを紹介する。 cuNNQS-SCIはまず、分散負荷バランスのグローバルデ重複アルゴリズムを統合して、大規模での冗長性と通信オーバーヘッドを最小限にする。 計算制限に対処するためには、厳密なCUDAカーネルを使用し、正確な構成生成を行う。 最後に、このフルアクセラレーションによって露呈されるシングルGPUメモリ障壁を破るために、GPUサイドプーリング、ストリーミングミニバッチ、重複オフローディングを備えたGPUメモリ中心のランタイムが組み込まれている。 この設計により、はるかに大きな設定スペースが可能になり、ボトルネックをホスト側の制限からデバイス上の推論に戻すことができる。 我々の評価は、cuNNQS-SCIが解決可能な問題の規模を根本的に拡大することを示しています。 64GPUのNVIDIA A100クラスタ上で、cuNNQS-SCIは同じ化学精度を維持しながら、高度に最適化されたNNQS-SCIベースラインよりも最大2.32倍のエンドツーエンドのスピードアップを達成する。 さらに、強力なスケーリングテストにおいて90%以上の並列効率を維持しながら、優れた分散パフォーマンスを示す。

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