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2025 article

Efficient Algorithms for GPU Accelerated Evaluation of the DFT Exchange-Correlation Functional

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3Institutions déclarées
2Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : au, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Kohn–Sham density functional theory (KS-DFT) has become a cornerstone for studying the electronic structure of molecules and materials. Improving algorithmic efficiency through hardware-aware implementations enables application to larger systems and more efficient generation of larger training data sets for machine-learning. In this work, we present a comparative study of four GPU-accelerated algorithms for evaluating the KS-DFT exchange–correlation (XC) potential with an atom-centered Gaussian basis. Two approaches, both leveraging batched dense linear algebra, are found to outperform the others across a suite of molecular benchmarks. We show that batched formation of the XC matrix from the density matrix yields the best performance for large ( > O ( 10 3 ) basis functions), sparse systems such as glycine chains and water clusters. In contrast, for smaller and denser systems such as diamond nanoparticles, especially if employing large basis sets, algorithms that use the underlying molecular orbital coefficients offer superior performance, despite their higher formal scaling. Our implementations deliver speedups of 1.4–5.2× for XC potential evaluation relative to leading GPU-accelerated KS-DFT codes, significantly lowering the computational cost and enabling the routine use of larger integration grids. Finally, we outline directions for continued performance improvements in light of emerging GPU architectures with emphasis on utilizing mixed-precision capabilities.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Efficient Algorithms for GPU Accelerated Evaluation of the DFT Exchange-Correlation Functional
Date Crossref
08/10/2025
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Les sujets associés

NMR spectroscopy and applicationsAtomic and Subatomic Physics ResearchQuantum, superfluid, helium dynamics

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