[发明专利]一种启发式高通量材料仿真计算优化方法

说明书

本发明提出一种启发式高通量材料仿真计算优化方法，属于材料科学领域。该方法首先确定高通量材料计算仿真中所有作业的共享执行模式；然后从高通量材料计算仿真中包含未执行作业个数最多的模型中选择一个未执行作业并采用独立执行模式执行该作业；利用启发式信息获取下一个执行作业，直至高通量材料计算仿真中所有作业执行完毕。本发明利用元素周期表中不同元素之间的相邻关系和不同元素的原子半径作为启发式信息，可大幅度提高高通量作业执行的效率，大大缩短新材料设计的时间。

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种启发式高通量材料仿真计算优化方法。

背景技术

目前，新材料的获取已经从传统的通过大量实验发现新材料的模式转到通过大量的仿真计算来设计新材料的高通量计算模式，可以大大提升新材料获取的效率。

所谓高通量材料计算,就是借助能力强大的计算资源,可以一次快速完成大批量的计算任务，通过对计算结果的分析，筛选出满足要求的候选材料设计。而这样的计算任务，在具体形式上以高性能计算系统上作业的形式存在，被称为是高通量材料计算作业。由于其计算量一般都非常大，因此如何优化和提高其性能就成为一个挑战性问题。目前主流的性能优化方法都是针对单个高通量材料计算作业进行的。只要能够提高一个作业的性能，该方法对其它类似的作业也会有相同的优化效果。但是这类方法的缺点是它们仅仅从单个作业的局部信息出发来进行优化，没有考虑到不同作业之间在物理上的内在关联，从宏观和总体角度分析所可能带来的更显著的优化潜力被忽略了，因此优化的效果容易受到各种局部因素的限制，无法更全面地大幅度提高整体作业的优化性能。

以材料基因工程为代表的高通量材料计算，目前的主要工作是放在实现计算各个阶段的自动化衔接上，典型的项目是国际上的AFlow和MP项目，但是如何大幅度降低作业本身的执行时间，特别是优化计算密集型作业的执行时间，尚没有好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术无法充分优化计算密集型作业执行时间的不足之处，提出一种启发式高通量材料仿真计算优化方法。本发明结合高通量材料计算仿真任务的特点，开辟了一条崭新的路径来实现性能优化，不仅容易实施，而且可以取得非常显著的效果。可大幅度提高高通量作业执行的效率，大大缩短新材料设计的时间。

本发明提出一种启发式高通量材料仿真计算优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)确定高通量材料计算仿真中所有作业的共享执行模式；具体步骤如下：

1-1)在高通量材料计算仿真的任一模型中选择两个作业，所述两个作业的掺杂元素为相邻元素，将两个作业分别记为X和Y；

1-2)采用独立执行模式执行X；

1-3)Y采用不同的共享执行模式共享X执行，选取执行时间最短的共享执行模式作为所有作业采用的共享执行模式；

2)从高通量材料计算仿真中包含未执行作业个数最多的模型中选择一个未执行作业并采用独立执行模式执行该作业；具体选择方法如下：

在包含未执行作业个数最多的模型中，对每一个未执行作业，统计其可相邻共享作业的个数，选择可相邻共享作业个数最多的未执行作业并采用独立执行模式执行该作业；如果存在多个未执行作业具有数目相等的可相邻共享作业，则随机选取其中一个未执行作业，然后以独立执行模式执行该作业；其中，每个作业的可相邻共享作业为掺杂元素与该作业惨杂元素相邻的作业；

3)利用启发式信息获取下一个执行作业，直至高通量材料计算仿真中所有作业执行完毕；具体步骤如下：

3-1)确定所有可共享执行作业对，所述可共享执行作业对满足如下要求：每个作业对中的两个作业属于同一模型，其中一个作业已经执行，另外一个作业尚未执行；

3-2)对可共享执行作业对进行判定：