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擬ポテンシャルのファイル名は、インプットファイルに記載することが必要です。
 
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インプットファイルは、namelistのいくつかのブロックから構成されます。
 
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Revision as of 16:16, 6 January 2018

必要条件

このガイドでは、ユーザはUnixとそのコマンドライン操作について基礎的な知識を有していることを仮定します。 SALMONのインストールにあたり、以下のパッケージが必要です。

  • Fortran90/Cコンパイラ。このパッケージは、ユーザが以下のいずれかのコンパイラを利用できることを仮定します。
    • GCC (Gnu Compiler Collection)
    • Intel Fortran/C Compiler
    • Fujitsu Compiler (at FX100 / K-Computer)
  • 以下の線形代数パッケージのいずれか。
    • BLAS/LAPACK
    • Intel Math Kernel Library (MKL)
    • Fujitsu Scientific Subroutine Library 2 (SSL-II)
  • ビルドツール。
    • CMake

もし他のコンパイラを利用する場合は、ビルドスクリプト(CMake)を変更することが必要です。#configure.pyスクリプトの付加的な選択肢をご覧ください。 もしあなたの計算機環境で数値ライブラリがインストールされていない場合は、あなた自身でBLAS/LAPACKをインストールすることが必要です。 インストールでのトラブルシューティングをご覧ください。

SALMONのインストールでは、CMakeの利用を第一の選択肢としています。 あなたの利用環境でCMakeツールを使うことに問題がある場合は、GNU makeツールの利用も可能です。 インストールでのトラブルシューティングをご覧ください。

ダウンロード

SALMONの最新バージョンは、ダウンロードからダウンロードすることができます。 ダウンロードしたファイルsalmon-<VERSION>.tar.gzからファイルを抽出するために、コマンドラインから以下のコマンドを入力します。 

$ tar –zxvf ./salmon-<VERSION>.tar.gz

ファイルの抽出後、以下のディレクトリが生成されます。 

SALMON
 |- src        Source codes
 |- example    Samples
 |- makefiles   GNU Makefiles for building
 |- cmakefiles   CMake related files
 |- makefiles   GNU Makefiles for building

ビルド

SALMONをコンパイルし実行可能なバイナリファイルを作成するため、最初の選択肢としてCMakeを利用します。 もしあなたの環境でCMakeを用いたSALMONのビルドに失敗した場合は、Gnu Makeを用いることも可能です。 #GNU Makefileを用いたビルドを参照してください。

CMakeが利用できることの確認

最初にあなたの環境でCMakeが利用可能かどうかを確認します。Unixコマンドラインから以下をタイプしてください。 

$ cmake --version

もしCMakeがあなたのシステムにインストールされていない場合は、cmake: command not found のようなエラーメッセージが表示されます。 もしCMakeがあなたのシステムにインストールされている場合は、バージョンナンバーが表示されます。 SALMONをビルドするためには、バージョン3.0.2以降のCMakeが必要です。 あなたのシステムで、バージョン3.0.2以降のCMakeがインストールされていることが確認できたら、#CMakeを用いたビルドに進んでください。 しかし、多くのシステムで古いバージョンのCMakeがインストールされています。 あなたのシステムでCMakeがインストールされていない場合、あるいは古いバージョンのCMakeがインストールされている場合は、新しいバージョンをあなた自身でインストールすることが必要です。これは簡単な作業であり、以下で説明します。

CMakeのインストール

CMakeは、複数のプラットフォームに対応したビルドツールです。 あなたの環境でCMakeを利用可能にする最も簡単な方法は、CMakeのバイナリ配布をdownload pageから入手することです。 バイナリ配布のファイル名は、cmake-<VERSION>-<PLATFORM>.tar.gz)となっています。 標準的なUnix環境では、Linux x86_64プラットフォームに対するファイルが適切です。

バイナリファイルをダウンロードするために、以下の作業を行います。 まず、あなたは現在、SALMONのダウンロードファイルからファイルを抽出したディレクトリにいるとします。そして、CMakeのバージョン3.8.2を利用するものとします。 最初に、ブラウザからダウンロードリンクのURLを取得し、Unixコマンドラインから次のように入力します。 

$ wget https://cmake.org/files/v3.8/cmake-3.8.2-Linux-x86_64.tar.gz

次に、取得したアーカイブを解凍します。 

$ tar -zxvf cmake-3.8.2-Linux-x86_64.tar.gz

すると、あなたのディレクトリにバイナリファイルmake-3.8.2-Linux-x86_64/bin/cmakeが得られます。

cmakeコマンドがコマンドラインから利用可能となるように、環境変数$PATHを、CMakeの実行ファイルが$PATHで指定されたディレクトリの内部にあるように設定することが必要です。 あなたがbash shellを利用している場合は、$PATH変数を指定しているファイル~/.bashrcを修正することが必要です。 あなたのログイン・ディレクトリから、次のコマンドを入力してください。 

$ export PATH=<SALMON_INSTALLATION_DIRECTORY>/cmake-3.8.2-Linux-x86_64/bin:$PATH

そして、環境をリロードするために、 

$ source ~/.bashrc

を入力してください。

CMakeを用いたビルド

バージョン3.0.2以降のCMakeがあなたの環境で利用できることを確認後、以下のステップに進んでください。 あなたがSALMONディレクトリにいるとします。

  • 一時的なディレクトリbuildを作成し、そのディレクトリに移動してください。
$ mkdir build
$ cd build
  • pythonスクリプトconfigure.pyを実行し、makeを行なってください。
$ python ../configure.py –arch=ARCHITECTURE --prefix=../
$ make
$ make install

pythonスクリプトの実行にあたり、あなたのシステムの持つCPUのアーキテクチャを表すARCHITECTURE、例えばintel-avx、を指定することが必要です。 ARCHITECTURE'の選択肢は、以下の通りです。

arch Detail Compiler Numerical Library
intel-knl Intel Knights Landing Intel Compiler Intel MKL
intel-knc Intel Knights Corner Intel Compiler Intel MKL
intel-avx Intel Processer (Ivy-, Sandy-Bridge) Intel Compiler Intel MKL
intel-avx2 Intel Processer (Haswell, Broadwell ..) Intel Compiler Intel MKL
fujitsu-fx100 FX100 Supercomputer Fujitsu Compiler SSL-II
fujitsu-k Fujitsu FX100 / K-computer Fujitsu Compiler SSL-II

ビルドに成功すると、salmon/binディレクトリにファイルsalmon.cpuが生成されます。 もしメニーコア・アーキテクチャであるintel-knlまたはintel-kncを指定した場合、ファイルsalmon.mic、または’’salmon.cpuとsalmon.micの両方が得られます。

単一プロセス計算のためのビルド

標準設定では、pythonスクリプトは並列実行を前提としています。 もし単一プロセスマシンを利用する場合は、pythonスクリプトの実行の際に--disable-mpiを指定してください。 

 $ python ../configure.py --arch=<ARCHITECTURE> --disable-mpi

SALMONの実行に必要となるファイル

SALMONを実行するために、どのような計算においても少なくとも２種類のファイルが必要です。 一つはファイル拡張子*.inpを持つインプットファイルであり、標準入力stdinから読み込まれます。 このファイルは、Fortran90のnamelist書式で用意することが必要です。 計算に含まれる元素の擬ポテンシャルファイルも必要となります。 目的に応じて、これら以外のファイルが必要となる場合もあります。 例えば、物質の原子位置の座標は、インプットファイルに書くこともできるし、別ファイルとして用意することもできます。

擬ポテンシャル

SALMONはノルム保存擬ポテンシャルを用います。 いくつかの元素の擬ポテンシャルは、エクササイスにあるサンプルに含まれています。 SALMONでは、いくつかの擬ポテンシャルの書式を利用できます。 拡張子.fhiを持つ擬ポテンシャルは、以下に示すウェブサイトから得ることができます。 （これは、ABINITコードに対する以前の原子データファイルの一部です。）

pseudopotential website
ABINIT codeのための擬ポテンシャル https://www.abinit.org/sites/default/files/PrevAtomicData/psp-links/psp-links/lda_fhi

擬ポテンシャルのファイル名は、インプットファイルに記載することが必要です。

入力ファイル

インプットファイルは、namelistのいくつかのブロックから構成されます。 

&namelist1
  variable1 = int_value
  variable2 = 'char_value'
 /
&namelist2
  variable1 = real8_value
  variable2 = int_value1, int_value2, int_value3
/

namelistのブロックは、&namelist行から始まり、 /行で終わります。 ブロックの現れる順番は任意です。

&namelistと/'の間に変数とその値を記述します。 多くの変数には標準の値が与えられており、全ての変数に値を与える必要はありません。 変数の記述は、&namelistと/の間であれば、どの位置に現れても構いません。

SALMONは、孤立系と周期系の両方の電子ダイナミクスを記述することができます。 その境界条件はnamelist&systemの変数iperiodicで指定します。

Calculations are usually achieved in two steps; first, the ground state calculation is carried out and then electron dynamics calculations in real time is carried out. A choice of the calculation mode is specified by the variable calc_mode in the namelist &calculation. For isolated systems, the ground state and the electron dynamics calculations should be carried out as two separate executions. First the ground state calculation is carried out specifying calc_mode = 'GS' . Then the real-time electron dynamics calculation is carried out specifying calc_mode = 'RT' . For periodic systems, two calculations should be carried out as a single execution specifying calc_mode = 'GS_RT' .

In Exercises, we prepare six exercises that cover typical calculations feasible by SALMON. We prepare explanations of the input files of the tutorials that will help to prepare input files of your own interests.

There are more than 20 groups of namelists. A complete list of namelist variables is given in the file SALMON/manual/input_variables.md. Namelist variables that are used in our tutorials are explained at Input variables.

SALMONの実行

Before running SALMON, the following preparations are required as described above: The executable file of salmon.cpu (and salmon.mic if your system is the many-core machine) should be built from the source file of SALMON. An input file inputfile.inp and pseudopotential files should also be prepared.

The execution of the calculation can be done as follows: In single process environment, type the following command: 

$ salmon.cpu < inputfile.inp > fileout.out

In multiprocess environment in which the command to execute parallel calculations using MPI is mpiexec, type the following command: 

$ mpiexec -n NPROC salmon.cpu < inputfile.inp > fileout.out

where NPROC is the number of MPI processes that you will use. In many-core processor (e.g. intel-knl) environment, the execution command is 

$ mpiexec.hydra -n NPROC salmon.mic < inputfile.inp > fileout.out

The execution command and the job submission procedure depends much on local environment. We summarize general conditions to execute SALMON:

  • salmon runs in both single-process and multi-process environments using MPI.
  • executable files are prepared as /salmon/bin/salmon.cpu and/or /salmon/bin/salmon.mic in the standard build procedure.
  • to start calculations, inputfile.inp should be read through stdin.

付録

configure.pyスクリプトの付加的な選択肢

コンパイラと環境変数の手動指定

In executing configure.py, you may manually specify compiler and environment variables instead of specifying the architecture, for example: 

$ python ../configure.py FC=mpiifort CC=mpiicc FFLAGS="-xAVX" CFLAGS="-restrict -xAVX"

The major options of configure.py are as follows:

Commandline switch Detail
-a ARCH, --arch=ARCH Target architecture
--enable-mpi, --disable-mpi enable/disable MPI parallelization.
---enable-scalapack, --disable-scalapack enable/disable computations with ScaLAPACK library
FC, FFLAGS User-defined Fortran Compiler, and the compiler options
CC, CFLAGS User-defined C Compiler, and the compiler options


単一プロセス計算のためのビルド

If you use a single processor machine, specify --disable-mpi in executing the python script: 

 $ python ../configure.py --arch=<ARCHITECTURE> --disable-mpi

GCC/GFortran環境でのビルド

If you use GCC/GFortran compiler, specify the following flags in executing the python script: 

$ python ../configure.py FC=gfortran CC=gcc FFLAG=-O3 CFLAG=-O3

GNU Makefileを用いたビルド

If CMake build fails in your environment, we recommend you to try to use Gnu Make for the build process. First, enter the directory makefiles: 

$ cd SALMON/makefiles

In the directory, Makefile files are prepared for several architectures:

  • fujitsu
  • gnu
  • gnu-without-mpi
  • intel
  • intel-avx
  • intel-avx2
  • intel-knc
  • intel-knl
  • intel-without-mpi

Makefile files with -without-mpi indicate that they are for single processor environment. Choose Makefile appropriate for your environment, and execute the make command: 

$ make -f Makefile.PLATFORM

If the make proceeds successful, a binary file is created in the directory SALMON/bin/.

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