基于GPU的kokkos加速安装

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安装lammps及相关库的步骤网上很多，这里介绍在前期步骤准备好的情况下，如果in文件中包含反应力场以及需要通过voronoi库计算应力，如何通过基于gpu架构的kokkos+openmp实现计算加速

基于GPU的kokkos加速安装

1. 安装lammps

下载lammps稳定版本安装包，在同目录下键入命令行：tar -xvzf lammpsxxx.tar.gz

2. 安装cmake

具体方法参照 ubuntu安装cmake_yuanzhoulvpi的博客-CSDN博客_ubuntu安装cmake
安装完成后cmake --version查看安装版本，which cmake 查看安装路径

3. cmake相关文件修改

在解压好的lammps目录下执行如下命令行：

mkdir build_kokkos_cuda 
cd build_kokkos_cuda 
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修改 $\rm /cmake/presets$ 文件夹中的 $\rm basic.make$ 文件，根据自己需要安装的 $\rm package$ 在文件中进行修改，也可以不修改，后面在命令行中添加即可。将 $\rm kokkos-cuda.cmake$ 文件中带有 $\rm ARCH\_GPUARCH$ 那一行删

4. cmake编译

在build_kokkos_cuda目录下进行编译，对于多核+gpu，
参考官方网址
3.7. Packages with extra build options — LAMMPS documentation，
编译需要设置如下变量：
在这里插入图片描述

其中HOSTARCH以及GPUARCH需要根据自己机器型号参考官网给出的表进行修改，机器具体型号可参考官网：https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

在这里插入图片描述
使用如下命令行设置上述相关变量：

cmake -C ../cmake/presets/basic.cmake -C ../cmake/presets/kokkos-cuda.cmake DKokkos_ENABLE_OPENMP=on -DKokkos_ARCH_SKX=on -DBUILD_OMP=on ../cmake

cmake -C ../cmake/presets/basic.cmake -C ../cmake/presets/kokkos-cuda.cmake DKokkos_ARCH_AMPERE86=on -DKokkos_ENABLE_CUDA=on -DCMAKE_CXX_COMPILER= ${HOME}/lammps/lib/kokkos/bin/nvcc_wrapper ../cmake 
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注意这里的 $nvcc\_wrapper$ 需要写绝对路径，一般在安装好的 $\rm lammps/lib/kokkos/bin$ 目录下变量设置完成后使用如下命令行进行编译，后面的20为编译时使用的核数：

cmake --build . -- -j20 
1

编译完成后会在 $\rm build\_kokkos\_cuda$ 目录下生成可执行文件 $\rm lmp$

5. 测试

使用 $l amm p s$ 自带的 $e x am pl e$ 进行测试，找到 $\rm /examples/reaxff$ 目录，将 $\rm in.reaxff.rdx$ 文件中的 $\rm pair\_style$ 改成 $\rm reaxff/kk$ ，在此目录下键入如下命令

mpirun -np 2 /home/groupc/lammps-new/lammps-3Nov2022/build_kokkos_cuda/lmp -k on g 1 sf kk -pk kokkos newton on neigh half -in in.reaxff.rdx
1

6. 安装VORONOI库

1. 安装voro++

进入安装好的 $\rm lammps$ 的 $\rm lib/voronoi$ 文件夹

在 $\rm Voro++ - Download (lbl.gov)$ 下载voro++压缩安装包
也可以用wget+网址命令进行下载。下载好后

tar -xvzf voro++-0.4.6.tar.gz
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进入解压好的voro++文件夹，执行make，完成后执行sudo make install

2. 软链接

cd …退回lib/voronoi目录，键入如下命令：

 ln -s voro++-0.4.6/src includelink
 ln -s voro++-0.4.6/src liblink 
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会生成两个软链接includelink和liblink

3. 编译lammps

进入安装好的lammps/src目录，在此目录下安装需要的package，根据自己的需要安装 package。每个package关联的命令见6.1. Available Packages — LAMMPS documentation。这里不建议通过make yes-all，make no-lib，make no-ext三个命令将所有不需要外接库的包直接装上，建议make yes-package安装自己需要的那些包，不然后续编译可能会出错。这里除了需要的简单包，还需要make yes-voronoi，即安装上我们需要的voronoi包。通过命令make package-status查看包的安装情况。安装完成后执行命令make mpi即可，编译完成后会在src目录下生成lmp_mpi文件

4. 测试

进入 $\rm lammps/examples/voronoi$ 文件夹，运行 $\rm mpirun -np\ N\ lmp\_mpi(path)\ -in\ in.voronoi$ ，测试是否安装上。这里 $\rm lmp\_mpi（path)$ 指的是需要写出可执行文件的路径，如果不想这么麻烦，可以把这个路径写到系统变量中即可。

5. 注意

这里编译完成后有两个可执行文件，一个是 $\rm build\_kokkos\_cuda$ 目录下有一个 $\rm lmp$ 文件，另一个是 $\rm lammps/src$ 目录下有一个
$\rm lmp\_mpi$ 文件。如果你的 in 文件中使用的是反应力场，并且包含 $\rm compute voronoi/atom$ 命令，我建议使用如下方式进行加速并调用 $\rm voronoi$ 库进行计算，这么做的原因一方面是因为 $\rm kokkos$ 加速主要在gpu完成计算（我的 $\rm gpu$ 使用率达到97%），而 $\rm voronoi$ 库的计算主要在cpu上完成，这么做可以发挥gpu及cpu的最大性能；另一方面是因为我暂时还不知道如何在 $\rm kokkos+openmp$ 编译时同时实现 $\rm voronoi$ 的编译，方式如下:

先通过 $\rm kokkos$ 加速完成整个运算并输出轨迹文件，这里运算可执行文件路径写 $\rm build\_kokkos\_cuda$ 下的 $\rm lmp$ 文件路径。建议轨迹文件的输出步长尽量小一些；
完成后重新书写一个in文件，在in文件中使用 $\rm rerun$ 命令读取上一步骤输出的轨迹文件并进行 $\rm voronoi$ 计算输出数据，设置好后运行 $\rm in$ 文件。运行时采用纯 $\rm cpu$ 计算，可执行文件路径写 $\rm src$ 目录下的 $\rm lmp\_mpi$ 文件路径。 $\rm in$ 文件的设置可以参考如下：

在这里插入图片描述

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