格點量子色動力學蒸餾算法中關聯函數的計算優化*

張仁強 蔣翔宇 俞炯弛 曾充 宮明 徐順

1) (中國科學院高能物理研究所理論物理研究室, 北京 100049)

2) (浙江大學高分子科學與工程學系, 杭州 310058)

3) (浙江大學計算機科學與技術學院, 杭州 310058)

4) (中國科學院計算機網絡信息中心, 北京 100190)

5) (中國科學院大學物理科學學院, 北京 100049)

格點量子色動力學(格點QCD)是一種以量子色動力學為基礎, 被廣泛應用于強相互作用相關計算的理論, 作為一種可以給出精確可靠理論結果的研究方法, 近年來隨著計算機能力的提升, 正在發揮著越來越重要的作用.蒸餾算法是格點QCD中計算強子關聯函數的一種重要數值方法, 可以提高所計算物理量的信噪比.但用它來構造關聯函數時, 同樣面臨著數據量大和數據維數多的問題, 需要進一步提升計算效率.本文開發了一套利用蒸餾算法產生夸克雙線性算符的關聯函數的程序, 利用MPI (message passing interface,消息傳遞接口, https://www.open-mpi.org), OpenMP (open multi-processing, 共享存儲并行) 和SIMD (single instruction multiple data, 單指令多數據流)多級別優化技術解決其中計算性能瓶頸問題.對程序進行了多方面的測試, 結果表明本文的設計方案能夠支持大規模的計算, 在強擴展性測試下512個進程并行計算仍能達到70%左右的效率, 大大提升了計算關聯函數的能力.

1 引 言

在自然界中有四種基本相互作用: 電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用、引力相互作用, 它們決定了目前所知世界的物質運動規律.比如摩擦力實際上是電磁相互作用的宏觀效果; 而強相互作用決定了強子的基本性質……