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VASP 编译

约 1519 个字 273 行代码 预计阅读时间 8 分钟

介绍

VASP 编译

编译前须知

# Intel Composer suite and oneAPI Base + HPC toolkits for CPUs
makefile.include.linux_intel             # VASP.5.4.4
makefile.include.intel                   # VASP.6.3.X 或 VASP.6.4.X
makefile.include.oneapi                  # VASP.6.4.X

# GNU compilers for CPUs
makefile.include.linux_gnu               # VASP.5.4.4
makefile.include.gnu                     # VASP.6.X.X

# NVIDIA HPC-SDK for CPU and GPU
makefile.include.nvhpc_ompi_mkl_omp_acc  # VASP.6.X.X GPU

vasp.X.X.X (root directory)
                            |
         ---------------------------------------
        |              |          |             |
       arch           bin       build          src
                                                |
                                         ---------------
                                        |       |       |
                                       lib    parser   CUDA


arch           # 针对不同架构的 Makefile 模板
bin            # 编译后的可执行程序文件目录
build          # 编译时自动复制 src 目录内源码后执行编译，会分别创建三个版本的子目录
src            # 源码目录
lib            # 库目录，对应以前的 vasp.lib 目录
CUDA           # GPU CUDA 代码目录
  • VASP.6.X.X 源代码目录结构
                  vasp.x.x.x (root directory)
                               |
         ------------------------------------------------
        |        |        |         |          |         |
       arch     bin     build      src     testsuite   tools
                                    |
                              -------------
                             |      |      |
                            lib   parser  fftlib

  • 三种版本可分开进行编译：make std，make gam，make ncl

  • bin 目录若出现 vasp_std, vasp_gam, vasp_ncl 可执行文件，则表示编译成功

  • 编译得到的三个版本

vasp_std             # standard 标准版本
vasp_ncl             # non-collinear 非共线版本；考虑磁性，如 SOC
vasp_gam             # gamma-only 版本

  • VASP.6.4.3中新功能：固定轴优化

  • 在 makefile.include 中的 OFLAG 参数里加入 -xhost，会使得编译出的程序能够利用当前机器 CPU 能支持的最高可用的指令集以加速计算

CPU 版本 + Intel oneAPI 套件

  • 安装步骤
# 超算平台编译步骤；Master 可忽略此步骤
# 导入 oneAPI 套件
module purge
module load intel-oneapi-compilers/2021.4.0
module load intel-oneapi-mpi/2021.4.0
module load intel-oneapi-mkl/2021.4.0

# 删除 bulid 和 bin 目录中的内容
make veryclean
rm bin/*

# VASP.5.4.4
cp arch/makefile.include.linux_intel makefile.include
# VASP.6.3.0
cp arch/makefile.include.intel makefile.include
# AMD CPU 需将 FFLAGS 中的 -xHOST 参数去掉

# 编译；耗时 20-30 分钟
make                # 或 make all
# 单独版本编译
make std            # 或 make gam, make ncl

# 为 vasp_* 等设置符号链接


# 可修改内容
# 添加 -diag-disable=10441 不让 icc 和 icpc 编译器在编译代码时每调用一次就跳出弃用警告
# 修改前
CC_LIB      = icc
CXX_PARS    = icpc
# 修改后
CC_LIB      = icc -diag-disable=10441
CXX_PARS    = icpc -diag-disable=10441
  • VASP.5.4.4 编译最后可能会出现的 remark（无影响）
ifort: command line remark #10412: option '-mkl=sequential' is deprecated and will be removed in a future release. Please use the replacement option '-qmkl=sequential'
  • 对于 2024 及更新的的 Intel oneAPI，不再包含 C++ Compiler Classic（即无 icc、icpc），需对 makefile.include 文件内容进行修改
# 修改前
CC_LIB      = icc
CXX_PARS    = icpc

# 修改后
CC_LIB      = icx
CXX_PARS    = icpx

# AMD CPU 直接使用 makefile.include.intel
catastrophic error: Function return parameter requires SSE register while SSE is disabled.
compilation aborted for minimax_functions1D.f90 (code 1)
  • Master 上选择 intel_omp 编译，运行 mpirun -n 2 vasp_std 命令会报错；选择 Intel 编译正常

CPU 版本 + GNU 套件

# lib 路径
/usr/lib/x86_64-linux-gnu

# Open MPI
sudo apt install libopenmpi-dev

# 数值计算库
sudo apt install libfftw3-dev
sudo apt install libblas-dev    # 或 libopenblas-dev （优化版 BLAS）
sudo apt install liblapack-dev
sudo apt install libscalapack-openmpi-dev  # 或 libscalapack-mpi-dev

# VASP.5.4.4
cp arch/makefile.include.linux_gnu makefile.include
# VASP.6.3.0
cp arch/makefile.include.gnu makefile.include

# 修改数值计算库 lib 在 makefile.include 中的具体路径

make  # 或 make all, make std

NVIDIA GPU 版本

export NVIDIA_HPC_SDK_ROOT=/opt/nvidia/hpc_sdk/Linux_x86_64/XX.X
export PATH=${NVIDIA_HPC_SDK_ROOT}/compilers/bin:$PATH
export PATH=${NVIDIA_HPC_SDK_ROOT}/comm_libs/mpi/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=${NVIDIA_HPC_SDK_ROOT}/comm_libs/mpi/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export LD_LIBRARY_PATH=${NVIDIA_HPC_SDK_ROOT}/compilers/extras/qd/lib:$LD_LIBRARY_PATH

# 可选
# 单独激活 Intel oneAPI MKL
source /opt/intel/oneapi/mkl/XXXX.X.X/env/vars.sh intel64 --force
export MANPATH=${NVIDIA_HPC_SDK_ROOT}/compilers/man:$MANPATH

  • 修改 makefile.include 文件内容

    • 修改 CC、FC、FCL 中的 ccXX（计算能力与显卡型号匹配） 和 CUDA 版本（安装的 CUDA toolkit 版本）
    • Intel oneAPI MKL 有 SCALAPACK，可将 SCALAPACK_ROOT 所在的 2 行注释掉

  • 安装步骤

# 设置 NVIDIA HPC-SDK 相关环境变量（使用 GPU 版本进行计算时也需要设置）

# 将 bin 目录中的 vasp_* 重命名为对应的 vasp_*_cpu

mkdir build-gpu

# 若已编译 CPU 版本，重命名
cp makefile.include makefile.include.cpu

cp arch/makefile.include.nvhpc_ompi_mkl_omp_acc makefile.include.gpu

# 设置符号链接
ln -s makefile.include.gpu makefile.include

# 修改 makefile.include 文件内容

# 编译 3 个版本
make PREFIX=./build-gpu
# std 版本单独编译
make PREFIX=./build-gpu std

# 将 bin 目录中的 vasp_* 重命名为对应的 vasp_*_gpu

# BCC Nb 4x4x4 128 个原子，KSPACING=0.15，静态计算
node2 60 CPU 核 耗时 42min
1 块 4090 耗时 46min
1 块 3090 耗时 1h 39min
2 块 3090 耗时 1h 10min

# BCC Nb 6x6x6 432 个原子，单个 Γ 点，静态计算（加速效果明显）
1 块 4090 耗时 1h 2min

# BCC 原胞 Nb 6x6x6 216 个原子，KSPACING=0.15，静态计算；报显存不足的错

# FCC Al 3x3x3 108 个原子，KSPACING=0.15，静态计算
1 块 3090 耗时 7min

  • 目前 openacc 版本的 VASP 用了 nccl，只能用一个 CPU 核带一块 GPU，因而 CPU 单核性能会对计算结果有影响

  • 游戏显卡，跑经典 MD 非常有优势，跑第一性原理无明显优势？

# 只有 1 块 GPU，使用多个 CPU 核会报错
WARNING: INIT_ACC: several MPI-ranks need to share a GPU, which is not
    supported by NCCL. The use of NCCL will be switched off. To avoid this,
    reduce the number of MPI-ranks: #-of-ranks <= #-of-GPUs (on every node!).

The function MPI_FINALIZE was invoked multiple times in a single
process on host node2, PID 3122551.

This indicates an erroneous MPI program; MPI_FINALIZE is only allowed
to be invoked exactly once in a process.

MPI_ABORT was invoked on rank 11 in communicator MPI_COMM_WORLD
with errorcode 1.

NOTE: invoking MPI_ABORT causes Open MPI to kill all MPI processes.
You may or may not see output from other processes, depending on
exactly when Open MPI kills them.

AMD GPU 版本
  • 相关报错
# 使用 makefile.include.gnu_ompi_aocl_omp；只安装 aocl-linux-gcc
mpif90 -fopenmp -ffree-form -ffree-line-length-none -w -ffpe-summary=invalid,zero,overflow -march=native -fallow-argument-mismatch -O2 -I/opt/AMD/5.0.0/gcc/include  -c minimax_functions1D.f90
f951: Fatal Error: Reading module ‘prec.mod’ at line 1 column 2: Unexpected EOF
compilation terminated.
make[2]: *** [makefile:166: minimax_functions1D.o] Error 1

HDF5

  • 安装步骤
wget https://hdf-wordpress-1.s3.amazonaws.com/wp-content/uploads/manual/HDF5/HDF5_1_14_3/src/hdf5-1.14.3.tar.gz

# 配置 Intel 版本
./configure --enable-parallel --enable-fortran --enable-cxx --enable-unsupported \
            CC=mpiicc FC=mpiifort CXX=mpiicpc \
            --prefix=${HOME}/local/hdf5

make
make install


# 显示 HDF5 的编译和配置详细信息
h5cc -showconfig  # 或 h5c++ h5pcc

# 显示用于编译 HDF5 的编译器命令行，包括链接的库和编译器标志
h5cc -show
  • 未添加 --enable-parallel 参数会出现以下报错：
configure: error: --enable-cxx and --enable-parallel flags are incompatible. Use --enable-unsupported to override this error.
  • 使用
    • HDF5 Preview 插件：只能打开.hdf5 格式，无法打开.h5 格式
    • Pandas 的 read_hdf() 不太好用
    • vaspout.h5 - VASP Wiki
    • h5py 暂不能很好地解析 vaspout.h5 文件中的数据
h5ls data.h5     # 显示 Group 列表

# vaspout.h5 示例
input            # Group
intermediate     # Group
original         # Group
results          # Group
version          # Group

h5dump data.h5   # 输出文件的详细结构和内容

VASP + HDF5

# 超算平台编译步骤
# 导入 Intel oneAPI 套件；hdf5
module purge

module load intel-oneapi-compilers/2021.4.0
module load intel-oneapi-mpi/2021.4.0
module load hdf5/1.12.2-intel-2021.4.0

# 查看 hdf5/1.12.2-intel-2021.4.0 的安装路径
module show hdf5/1.12.2-intel-2021.4.0

cp arch/makefile.include.intel makefile.include
# 取消 HDF5 相关行注释，将 HDF5_ROOT  ?= 后的内容替换为 hdf5 的安装路径

make  # 或 make all, make std
  • 可能会出现以下报错
error while loading shared libraries: libhdf5_fortran.so.102: cannot open shared object file: No such file or directory

# 原因：缺少 libhdf5_fortran.so.102 动态链接库，其实 module load 的 hdf5/1.12.2-intel-2021.4.0 有该动态链接库，不过版本更新一些，为 libhdf5_fortran.so.200

# 解决方法：将 libhdf5_fortran.so.200 软链接为 libhdf5_fortran.so.102；将 ~/lib 写入到 LD_LIBRARY_PATH

ln -s /dssg/opt/icelake/linux-centos8-icelake/intel-2021.4.0/hdf5-1.12.2-nxwmp3tddhreojgbib25ldc7wusvzf3m/lib/libhdf5_fortran.so.200 ~/lib/libhdf5_fortran.so.102

export LD_LIBRARY_PATH=${LD_LIBRARY_PATH}:$HOME/lib

VASP + VTST

安装步骤：

# 替换前 第 3519 行附近
CALL CHAIN_FORCE(T_INFO%NIONS,DYN%POSION,TOTEN,TIFOR, &
     LATT_CUR%A,LATT_CUR%B,IO%IU6)

# 替换后；添加了 TSIF,
CALL CHAIN_FORCE(T_INFO%NIONS,DYN%POSION,TOTEN,TIFOR, &
     TSIF,LATT_CUR%A,LATT_CUR%B,IO%IU6)

# vasp.6.2 及以后，还需进行以下替换
# 替换前
IF (LCHAIN) CALL chain_init( T_INFO, IO)
# 替换后 第 925 行附近
CALL chain_init( T_INFO, IO)
  • 备份 src/chain.F；拷贝 vtstcode-XXX 中对应 VASP 版本（如 vtstcode5、vtstcode6.3；vtstcode6.3 中多了 ml_pyamff.F 文件和 pyamff_fortran/ 目录）的目录下的所有文件到 src/：
cp src/chain.F src/chain.F-org

cp vtstcode-XXX/vtstcodeXXX/* src/
  • 修改 src/.objects 源码，在 chain.o 所在行前添加：
# vtstcode5 和 vtstcode6.1
bfgs.o dynmat.o instanton.o lbfgs.o sd.o cg.o dimer.o bbm.o \
fire.o lanczos.o neb.o qm.o opt.o \

# vtstcode6.3
bfgs.o dynmat.o instanton.o lbfgs.o sd.o cg.o dimer.o bbm.o \
fire.o lanczos.o neb.o qm.o \
pyamff_fortran/*.o ml_pyamff.o \
opt.o\
  • 使用 vtstcode6.3，还需修改 src/makefile 源码：
# 替换前
LIB= lib parser
dependencies: sources

# 替换后
LIB= lib parser pyamff_fortran
dependencies: sources libs
  • 编译：同 VASP 编译步骤
mpiifort -free -names lowercase -assume byterecl -w -xHOST -O2 -I/opt/software/intel/oneapi/mkl/2022.1.0/include/fftw  -c chain.f90
chain.F(179): error #6321: An unterminated block exists.
      IF (LINTERACT) THEN
^
compilation aborted for chain.f90 (code 1)
make[2]: *** [makefile:168: chain.o] Error 1
make[2]: Leaving directory 'XXX/vtst-vasp630/build/std'
cp: cannot stat 'vasp': No such file or directory
make[1]: *** [makefile:130: all] Error 1
make[1]: Leaving directory 'XXX/vtst-vasp630/build/std'
make: *** [makefile:17: std] Error 2
  • 计算过程中，OUTCAR 中的每个离子步输出信息会多出以下内容
stress matrix after NEB project (eV)
     0.00481      0.00000      0.00000
     0.00000      0.00481     -0.00000
     0.00000      0.00000      0.00481
 FORCES: max atom, RMS     0.000000    0.000000
 FORCE total and by dimension    0.000000    0.000000
 Stress total and by dimension    0.008333    0.004811