快 10.7 倍:北大把国产 DFT 软件 ABACUS 优化上鲲鹏 920

结论:北京大学陈默涵团队完成国产 DFT 软件 ABACUS 在鲲鹏 920 全系列平台的适配,并优化 19 类材料核心算子,单节点满核最高快 10.7 倍。
关键数字:19 类算子 / 标准配置快 1.3–3.9 倍 / 单节点最高快 10.7 倍

华为计算 2026 年 10 月 31 日发文披露,在北京大学鲲鹏昇腾科教创新卓越中心支持下,北大力学与工程科学学院陈默涵研究员团队完成了这一优化,相关代码已推送到 GitHub 开源社区。

配置鲲鹏 920 相对主流 x86说明
28 核 28 进程 SVE 版快 1.3–3.9 倍标准测试集
单节点满核 + 矩阵运算单元最高快 10.7 倍同代硬件对比
随机轨道 DFT(矩阵版)快 6.1–20.1 倍sDFT 算例
广义拉盖尔多项式算子快约 8 倍百万次调用测试

为什么能快:先把闲置的硬件能力用起来

鲲鹏 920 不同型号支持的向量指令集并不一样,分别是 NEON、SVE 与 SVE512,还内置专门做矩阵运算的单元。沿用通用编译选项,这些能力实际一直闲着。

团队给三款芯片各适配一条路径:两款用 gcc-openmpi-openblas 编译 NEON 与 SVE 版本,第三款换 clang-hmpi-kblas 编译 SVE512 与矩阵运算版本,并新增 USE_KML 选项接入鲲鹏数学库 KML。

19 类算子怎么优化:压掉平方级复杂度

DFT 算力主要花在反复调用的小算子,而通用编译器看不到跨模块重复计算。团队把 19 类核心算子逐个重写。

广义拉盖尔多项式原本用递归,低阶结果被反复重算;改成迭代递推、只留三个中间变量后,复杂度降到 O(n),同一算子百万次调用快了约 8 倍。多项式插值区间查找换成二分法,400 项表平均比较从约 200 次降到 9 次。

从手工调优到 DevKit 自动优化:经验能否复用

手工调优的痛点在于换体系、换硬件就要重来。团队用一站式开发套件 DevKit 的源码自动优化能力,让工具自己识别同类瓶颈并给出优化后代码。

实测在 920 新型号上,计算 8 原子温稠密碳(sDFT)快 2.28 倍,计算 512 硅原子(LCAO 基组)快 2.66 倍。这套经验可沉淀为其它科学软件也能用的基础工具。

所以呢:对国产算力与科学软件意味着什么

ABACUS(原子算筹)是国内自主研发的密度泛函开源软件,国内外用户超 1000 人、应用单位过百家。此次优化证明国产算力经深度适配后能跑赢同代主流硬件。

值得注意的是,团队同款工作已凭”基于鲲鹏高性能平台的极端条件温稠密碳模拟”获 PAC2026 应用组特等奖。这意味着软硬协同正成为国产科学计算的可复制路径。

常见问题

ABACUS 是什么,谁在用?

ABACUS(原子算筹)是研究半导体、金属等材料性质的第一性原理开源软件,由多家单位联合开发,国内外高校与科研机构均有用户。

优化后的代码开源了吗?

已开源。相关代码推送到 GitHub 社区,鲲鹏 920 的编译与使用指南也在 ABACUS 项目组渠道发布。

这对国产算力意味着什么?

意味着从硬件、基础软件到迁移工具的整链支撑可被激活,大型科学计算软件经调优后能在国产平台上跑得更快。

信息来源:华为计算 2026 年 10 月 31 日发文,IT之家 2026 年 11 月 1 日报道;北京大学新闻网 PAC2026 获奖信息。