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Intel oneAPI 编译 ABACUS 教程

作者：韩昊知，邮箱：[email protected]

审核：陈默涵，邮箱：[email protected]

最后更新时间：2023/09/21

一、前言

非特殊情况，linux 系统会默认安装 GCC（GNU Compiler Collection）编译器套件。因此如果你的机器默认没有 Intel® oneAPI Toolkits，那么建议，你可以直接看上一篇文章：GCC 编译 ABACUS 教程 。

如果您的机器恰好有 Intel® oneAPI Toolkits，那么您也可以使用它来编译 ABACUS。

二、关于 Intel® oneAPI Toolkits

Intel® oneAPI Toolkits 分为很多个版本的 Toolkit，这里解释下 Intel® oneAPI Base Toolkit 和 Intel® oneAPI HPC Toolkit 的区别。

简单来说：Intel® oneAPI HPC Toolkit 包含 Intel® oneAPI Base Toolkit。

Intel® oneAPI Base Toolkit 中包含：Intel® oneAPI Math Kernel Library（简称为 MKL），这个软件库里面包含了大量常用的数学库，包括 ABACUS 依赖的 BLAS、LAPACK、FFTW3 和 ScaLAPACK 4 个软件库。

因此使用 Intel oneAPI 来编译 ABACUS，可以省去逐个去安装数学库的过程！

Intel® oneAPI HPC Toolkit 相比于 Intel® oneAPI Base Toolkit 多了一些必要的 Intel 的编译器以及 Intel® MPI Library（ABACUS 想要编译并行版本必须的关键库）。

总结一下，使用 Intel oneAPI 编译 ABACUS，必须确保你的机器中包含 Intel® oneAPI HPC Toolkit。

关于 Intel® oneAPI Toolkits 更详细的信息：https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/tools/oneapi/toolkits.html#hpc-kit

三、编译 安装

开启 Intel® oneAPI Toolkits：

source /opt/intel/oneapi/setvars.sh

ELPA仅用于 LCAO基组求解特征值与特征矩阵的过程，如果由于机器等原因导致 ELPA 难以安装，可以暂不安装ELPA，在编译 abacus 的时候添加-DUSE_ELPA=0即可绕过ELPA安装困难的问题。 在ABACUS中，LCAO基组求解特征值与特征矩阵提供了两种方法，一种是调用ELPA进行求解（默认选项），一种是调用ScaLAPACK进行求解。 如果使用-DUSE_ELPA=0编译选项，请参考使用文档配置ks_solver为scalapack_gvx，调用ScaLAPACK进行求解。（http://abacus.deepmodeling.com/en/stable/advanced/input_files/input-main.html#ks-solver）

1. 安装 仅支持 PW 基组的 ABACUS

对于仅支持 PW 基组的 ABACUS，我们同时支持两种版本的编译：串行版本和并行版本。

ABACUS 的 PW 基组只依赖：BLAS、LAPACK、FFTW3 三个数学库，而这三个数学库都已经被 Intel® oneAPI Base Toolkit 中包含：Intel® oneAPI Math Kernel Library（简称为 MKL）所包含，因此我们不需要再安装其他的软件库！

1.1 编译串行版本

CXX=icpx cmake -B build -DENABLE_MPI=OFF
cd build && make -j`nproc`

注意，这里必须指定CXX=icpx，不然系统会使用默认的 CXX 编译器。同时这里的 CXX 也不要指定 icpc，icpc 是 Intel® C++ Compiler Classic，会带来一些报错。

可以看到在当前目录下，已经编译成功了 abacus_pw_serial 可执行文件。

abacus_pw_serial 就是串行版本的支持平面波基组的 ABACUS。

1.2 编译并行版本

CXX=icpx cmake -B build -DENABLE_LCAO=OFF
cd build && make -j`nproc`

可以看到在当前目录下，已经编译成功了 abacus_pw 可执行文件。

abacus_pw 就是并行版本的支持平面波基组的 ABACUS。

2. 安装 支持两种基组的 ABACUS

对于同时支持两种基组的 ABACUS，仅可以编译并行版本。并无串行版本。

完整版的 ABACUS 需要依赖更多的软件库：BLAS、LAPACK、FFTW3、ScaLAPACK、CEREAL、ELPA共 6 个。

而前四个数学库（BLAS、LAPACK、FFTW3、ScaLAPACK）都已经被 Intel MKL 所包含，因此我们只需再额外安装CEREAL、ELPA即可。

2.1 安装 CEREAL

sudo apt install -y libcereal-dev

2.2 安装 ELPA

如果你的系统是 Ubuntu 22.04，那么你可以以很简单的方式成功安装 ELPA。

sudo apt install -y libelpa-dev

如果你的系统不是 Ubuntu 22.04，很可惜，你需要稍微辛苦一点来安装 ELPA。但别急，这也并不难！

注意；这里手动编译安装 ELPA 的方法与在 GCC 下编译不太一样，因为要保证 ELPA 和 ABACUS 都是基于 Intel oneAPI 来编译的！

手动编译安装 ELPA 可以分为以下几步：

  • 下载并进入 ELPA 目录：
wget https://elpa.mpcdf.mpg.de/software/tarball-archive/Releases/2021.05.002/elpa-2021.05.002.tar.gz
tar xzf elpa-2021.05.002.tar.gz 
cd elpa-2021.05.002
mkdir build  && cd build
  • configure
CC=mpiicc CXX=mpiicpc FC=mpiifort ../configure --enable-openmp FCFLAGS="-qmkl=cluster"
  • 编译安装
make -j`nproc`
make install
ln -s /usr/local/include/elpa_openmp-2021.05.002/elpa /usr/local/include/

注意：ln -s /usr/local/include/elpa_openmp-2021.05.002/elpa /usr/local/include/ 是非常重要的！（很多用户是这里出的问题！）

2.3 编译安装 ABACUS

CXX=icpx cmake -B build
cd build && make -j`nproc`

可以看到在当前目录下，已经编译成功了 abacus 可执行文件。

abacus 就是完整版的 ABACUS，它同时支持两种基矢量，而且还是并行版本！