第一原理電子状態計算ソフトOpenMXのGPUによる高速化とmodified-DNAへの応用

GPU acceleration of first-principles electronic structure calculation software OpenMX and its application to modified-DNA

川井 弘之*; 関川 卓也; 尾崎 泰助*; 古家 真之介*; 大野 義章*

Kawai, Hiroyuki*; Sekikawa, Takuya; Ozaki, Taisuke*; Furuya, Shinnosuke*; Ono, Yoshiaki*

第一原理電子状態計算ソフトウェアOpenMXは密度汎関数理論に基づく計算コードであり、主に物質の最安定構造や電子状態を求める際に利用される。本研究では、OpenMXを、通常は画像処理に使われるGPU (Graphics Processing Unit)を用いて、計算を高速化する手法開発を試みた。DNAにおけるベンチマーク計算の結果、同数のCPUを用いた計算時間との比較で約の2分の1にまで短縮する高速化に成功した。そこで、これまでOpenMXを用いて調べてきたmodified-DNA(塩基対を構成する原子の一部を遷移金属や有機分子で置換したDNA)について、本研究で開発した手法を適用し、高速化の程度を検証した。得られたmodified-DNAの電子状態など、詳細は当日発表する。

First-principles electronic structure calculation software OpenMX is a calculation code based on density functional theory, and is mainly used to obtain the most stable structures and electronic states of materials. In this study, we attempted to develop a method to accelerate OpenMX calculations using a GPU (Graphics Processing Unit), which is usually used for image processing, and succeeded in reducing the calculation time to about one-half of that using the same number of CPUs in a benchmark calculation on DNA. The benchmark calculation on DNA succeeded in reducing the calculation time by about one-half compared to the same number of CPUs. We then applied the method developed in this study to modified-DNA (DNA in which some of the atoms constituting a base pair are replaced with transition metals or organic molecules), which has been investigated using OpenMX, and verified the degree of speed-up. Details of the obtained modified-DNA, including its electronic state, will be presented on the day.