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--- atk:解决quantumatk运行性能和内存消耗问题 [2020/02/29 17:23] – [特定于分子和块体构型] xie.congwei
+++ atk:解决quantumatk运行性能和内存消耗问题 [2023/07/29 09:45] (当前版本) – [问题概述] fermi
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 ====== 解决QuantumATK运行性能和内存消耗问题 ======
-在本教程中，您将学习用于提高各种系统 **ATK** 性能而需要调整的主要参数。为了获得尽可能高的计算性能，**ATK** 提供了一系列不同的算法，并利用 MPI 和共享内存线程进行并行。正如技术说明 [[https://docs.quantumatk.com/technicalnotes/parallelization/parallelization.html#parallelization|Parallelization of QuantumATK calculations]] 中已经提到的，MPI 并行通常会提供最佳的计算加速，而进程的线程化通常可以减少内存占用。
+===== 问题概述 =====
-要获得任何高性能软件的绝对最佳性能，需要对所涉及的计算和使用的硬件有一定的深入了解。因此，对于使用的硬件和并行方法，优化您的 QuantumATK 模拟非常重要。然而，下面章节给出了一些关于 QuantumATK 算法和选项的提示，也可能有助于解决内存或速度问题。
+衡量 QuantumATK 计算运行性能的指标是正确运行计算得到结果的时间长短。计算性能的限制因素主要来自于：
-===== 内存不足？ =====
+  * CPU主频、并行、缓存。这是直接决定计算速度的因素；
+  * 内存大小。计算中，特别是DFT计算中有许多大型的中间数据，这些数据在内存中保存可以大大提高计算速度，但是会造成内存过度占用甚至溢出；
+  * 操作系统与作业队列系统对计算资源的调度。
+  * 程序本身的代码和编译质量。由于 QuantumATK 提供给用户的预编译好的二进制代码，因此程序本身的问题只能等待开发组在未来版本中解决。
+一般情况下，我们总是优先选择将中间结果保存在内存中，这也是计算设置的默认选项。在发生问题时，存在两种情况，一种是 QuantumATK 给出内存溢出错误：
-==== 一般情况 ====
-尝试禁用 **AlgorithmParameters** 中的 **store_grids**，这将稍稍降低内存，轻微减少计算时间。
+对于明确的内存溢出错误信息，可以考虑：
+  * 增加硬件内存；
+  * 更改控制参数，不保存中间数据，以节约内存，使计算得以完成。
-在 **AlgorithmParameters** 中禁用 **store_basis_on_grid** 将显著减少内存，如果系统的矩阵很小，则会对性能产生负面影响。默认情况下此参数处于关闭状态，如果构型很大，它可能已被禁用。如果是 **并行** 运行，由于内存是分布式的，每个核的内存减少量将更低。
-如果在 **并行** 有两个以上进程运行，请尝试将 **IterationControlParameters** 中的 **algorithm** 设置为 **ParallelPulayMixer.d**。
-==== 特定于分子和块体构型 ====
-如果矩阵非常大，可以考虑将 **AlgorithmParameters** 中的 **density_matrix_method** 设置为 **DiagonalizationSolver(processes_per_kpoint=2)**。这将使每个 mpi 进程的内存使用减少 2 倍。如果问题持续存在，请尝试增大 **processes_per_kpoint**。
+===== 用户层面影响计算性能的主要因素 =====
-如果计算量非常大，且计算是在 **并行** 中的许多节点上运行，那么将 **AlgorithmParameters** 的 **density_matrix_method** 设置为 **ChebyshevExpansionSolver** 是很值得尝试的做法。当大规模并行运行时，内存使用将显著减少，但与普通情况相比还是很慢。
+==== 算法与模型 ====
-==== 特定于器件构型 ====
-尝试将 **SelfEnergyCalculator** 中的 **storage_strategy** 设置为 **StoreOnDisk** 或 **NoStorage**。这将显着减少内存，但也会降低之后的性能。如果是 **并行** 运行，由于内存是分布式的，每个核的内存减少量将更低。
+不同的算法、不同的模型、不同的分析等计算性能相差很大：
+  * 普通列表项目有些计算是单纯的 DFT 自洽，可以通过简单的Calculator参数控制计算的性能；
+  * 有些计算包含多个 DFT 自洽过程，例如声子动力学矩阵、IVCharacteristics曲线等，此时要综合考虑并行的效果；
+  * 有些计算还会改变DFT自洽计算的实际模型，例如声子动力学矩阵在实际计算时，采用的是对超胞进行自洽的方法。
-器件的横截面较宽，可以尝试将 **equilibrium_method** 和/或 **non_equilibrium_method** 设置为 **SparseGreensFunction**。
+==== 并行计算 ====
-如果是 **并行** 运行，将 **equilibrium_method** 和/或**non_equilibrium_method** 设置为 **SparseGreensFunction(processes_per_contour_point=2)** 会有所帮助。如果问题仍然存在，试着设置 **processes_per_contour_point=4**。
+要获得任何高性能软件的最佳性能，需要对所涉及的计算和使用的硬件有一定的深入了解。因此，对于使用的硬件和并行方法，优化您的 QuantumATK 模拟非常重要。然而，下面章节给出了一些关于 QuantumATK 算法和选项的提示，也可能有助于解决内存或速度问题。
-===== 想要运行更快？ =====
+===== 减少内存消耗 =====
+==== 一般情况 ====
+  * 尝试禁用 **AlgorithmParameters** 中的 **store_grids**，这将稍稍降低内存，轻微减少计算时间。
+  * 在 **AlgorithmParameters** 中禁用 **store_basis_on_grid** 将显著减少内存，如果系统的矩阵很小，则会对性能产生负面影响。默认情况下此参数处于关闭状态，如果构型很大，它可能已被禁用。如果是 **并行** 运行，由于内存是分布式的，每个核的内存减少量将更低。
+     * 如果在 **并行** 有两个以上进程运行，请尝试将 **IterationControlParameters** 中的 **algorithm** 设置为 **ParallelPulayMixer.d**。
+==== 对于分子和块体构型 ====
+  * 如果矩阵非常大，可以考虑将 **AlgorithmParameters** 中的 **density_matrix_method** 设置为 **DiagonalizationSolver(processes_per_kpoint=2)**。这将使每个 mpi 进程的内存使用减少 2 倍。如果问题持续存在，请尝试增大 **processes_per_kpoint**。
+  * 如果计算量非常大，且计算是在 **并行** 中的许多节点上运行，那么将 **AlgorithmParameters** 的 **density_matrix_method** 设置为 **ChebyshevExpansionSolver** 是很值得尝试的做法。当大规模并行运行时，内存使用将显著减少，但与普通情况相比还是很慢。
+==== 对于器件构型 ====
+  * 尝试将 **SelfEnergyCalculator** 中的 **storage_strategy** 设置为 **StoreOnDisk** 或 **NoStorage**。这将显着减少内存，但也会降低之后的性能。如果是 **并行** 运行，由于内存是分布式的，每个核的内存减少量将更低。
+  * 器件的横截面较宽，可以尝试将 **equilibrium_method** 和/或 **non_equilibrium_method** 设置为 **SparseGreensFunction**。
+  * 如果是 **并行** 运行，将 **equilibrium_method** 和/或**non_equilibrium_method** 设置为 **SparseGreensFunction(processes_per_contour_point=2)** 会有所帮助。如果问题仍然存在，试着设置 **processes_per_contour_point=4**。
+===== 提升运行速度 =====
 ==== 一般情况 ====
-如果计算需要使用多重网格方法，如存在栅的情况，可能对于 **possion_solver** 要考虑 **DirectSolver**。这样将需要更多的内存，但是开销是内存分配的，因此如果是 **并行** 运行，则值得尝试。
+  * 如果计算需要使用多重网格方法，如存在栅的情况，可能对于 **possion_solver** 要考虑 **DirectSolver**。这样将需要更多的内存，但是开销是内存分配的，因此如果是 **并行** 运行，则值得尝试。
-设置 **AlgorithmParameters** 中的 **store_basis_on_grid** 为 **True**。这将使计算运行更快，并具有适度但分布式的内存开销。
+  * 设置 **AlgorithmParameters** 中的 **store_basis_on_grid** 为 **True**。这将使计算运行更快，并具有适度但分布式的内存开销。
-==== 特定于分子和块体构型 ====
+==== 对于分子和块体构型 ====
 在 **ATK 2015** 中为 **AlgorithmParameters** 中的 **density_matrix_method** 引入了两个新增参数：**processes_per_kpoint** 和 **bands_above_fermi_level**。
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 </WRAP>
-==== 特定于器件构型 ====
+==== 对于器件构型 ====
+实际上，您可以调整许多参数获得器件构型的最佳性能，有些取决于您正在研究的体系和所使用的方法。
+===== 参考 =====
+  * 英文原文：https://docs.quantumatk.com/technicalnotes/advanced_performance/advanced_performance.html

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