近日，在CCF HPC China 2022大会期间，2022年度中国超算最佳应用及提名奖揭晓。经专家评选，现场投票，获得“2022年度中国超算最佳应用”的是中国科学技术大学教授安虹团队的“250万原子高精度第一性原理复杂金属异质结构模拟”应用。
据了解，该成果系我国超算应用团队借助新一代神威超级计算机，首次实现250万原子超大规模复杂金属异质结体系的电子结构计算模拟。
过去30年来，大型复杂金属体系的电子结构第一性原理计算只能达到数万个原子。在上述 “250万原子高精度第一性原理复杂金属异质结构模拟”的应用研究中，研究团队展示了在新一代神威系统上设计并实现了不连续伽辽金密度泛函理论(DGDFT)并行计算软件swDGDFT。swDGDFT允许在新一代“神威”超级计算机上使用3590万核，计算具有250万个原子(1720万个电子)的复杂金属异质结构的电子结构。
安虹告诉《中国科学报》，基于软件层面的数项创新，DGDFT的模拟尺度比目前最先进的高标度DFT-FE软件（采用23 K GPUs模拟11K原子）增加了175倍，计算速度（求解时间）比DFT-FE快了2054倍。与项目组2021年发表的“在神威?太湖之光上模拟约1万个碳原子的二维金属石墨烯体系的电子结构性质” 研究成果相比，在新一代神威上的模拟尺度比之前的模拟结果提升了250倍。
“特别是，稀疏矩阵求解器PEXSI的峰值性能可以达到64 PFLOPS(约5%的理论峰值)，这在稀疏问题直接求解中是前所未有的。”安虹说，这一成果使大尺度分子固体材料的量子力学模拟进入到介观尺度，为设计下一代的能源材料和电子器件铺平了道路。
安虹介绍说，此项成果由合肥微尺度物质科学国家研究中心杨金龙院士课题组胡伟团队与计算机科学与技术学院安虹教授课题组联合攻关，在崂山实验室（原青岛海洋科学与技术试点国家实验室）、中国科学院计算技术研究所、北京大学、中国科学院软件研究所、齐鲁工业大学以及国家并行计算机工程技术研究中心相关研究人员的紧密配合下完成。
在前述“2022年度中国超算最佳应用”评选活动中，湖南大学教授李肯立团队的“基于天河新一代超级计算机的百万催化材料筛选研究”应用、清华大学教授付昊桓团队的“可完成小时级中国地表覆盖制图的弱监督机器学习方法”应用以及中国科学技术大学近代力学系副教授黄生洪团队的“基于新神威平台的海底火山喷发与大气物理化学全耦合模拟”应用等三项研究成果，均获得“2022年度中国超算最佳应用提名”。这些超算应用研究综合展现了我国各个超算应用团队基于“神威”和“天河”高性能计算系统，在能源材料、电子器件、地表覆盖制图、海洋科学、催化材料筛选等领域实现了新的应用突破。