GPAW入门与三种计算模式

下载完整Python输入、原始结果、CSV和绘图脚本。以下短命令在解压目录、已分配的CPU资源中执行，输出写入 work/。本模块为CPU构建，加载GPU资源不会自动启用GPU计算。

1 环境与第一次计算#

module load gpaw/26.7.0-8173m
gpaw info
bash run.sh si-pw-200

本构建使用GNU gcc/g++/gfortran13.3、HPC-X25.0的OpenMPI5.0.10rc2、MKL2023.2与FFTW3.3.11，含Libxc7.0.0、ELPA2026.02.002等。模块已经配好依赖，不混用另一套mpi4py或MPI。

GPAW通常通过ASE的Python接口定义结构。最小Si输入为：

from ase.build import bulk
from gpaw import GPAW, PW, FermiDirac
atoms = bulk('Si', 'diamond', a=5.43)
atoms.calc = GPAW(
    mode=PW(200), xc='PBE', kpts=(2,2,2), nbands=12,
    occupations=FermiDirac(0.01),
    convergence={'energy':1e-6, 'density':1e-5,
                 'eigenstates':1e-8}, txt='si.txt')
print(atoms.get_potential_energy())
atoms.calc.write('si.gpw', mode='all')

Si原胞2个原子，能量单位eV。GPAW的收敛字典按软件自身定义作用，不能把同样的1E-6直接当成另一软件的总能阈值。优化的力阈值另用eV/Å设置。

2 平面波PW截断#

bash run.sh si-pw-100
bash run.sh si-pw-300

这里固定2×2×2默认MP网格。300 eV只是本组对照终点，不是所有材料的通用收敛值。还要检查k网格、PAW数据和目标能量差。

3 有限差分FD与网格取整#

bash run.sh si-fd-0.3
bash run.sh si-fd-0.24
bash run.sh si-fd-0.2

输入对应 mode='fd', h=0.3 等。本次h=0.30和0.24 Å都被转换为12×12×12实际网格，因此能量相同；h=0.20 Å得到16×16×16。不要只按输入h的不同就认定做了两档不同实际网格。

python - <<'GRID'
from gpaw import GPAW
calc = GPAW('work/si-fd-0.3/state.gpw', txt=None)
print(calc.get_number_of_grid_points())
GRID

4 局域轨道LCAO#

bash run.sh si-lcao

对应 mode='lcao', basis='dzp', h=0.25。本例总能−10.3638008854 eV。LCAO基组与辅助实空间网格分别需要检查；不同模式的小规模结果接近或不同，都不能代替各自收敛测试。

5 MPI要使用GPAW入口#

包内run.sh是单进程教学入口。正式MPI示例使用包内 mpi_si.py，通过集群模板提交：

cp /public/slurm_scripts/hs_user/gpaw/26.7.0/8173m/sub_gpaw_26.7.0_8173m.sh .
sbatch sub_gpaw_26.7.0_8173m.sh mpi_si.py

模板内部使用 mpirun -np N gpaw python mpi_si.py。不要改成N份普通Python串行进程，也不要在mpirun外包住本包的run.sh。

MPI小例使用250 eV、Γ中心2×2×2网格，与上面默认MP网格表的设置不同。实际2rank结果与同设置串行结果差约4.4×10⁻¹⁰ eV，world.size确认为2。生产计算还需按可用分区和自己的资源申请调整。