Tematem pracy magisterskiej było przeprowadzenie obliczeń całkowitej i lokalnej gęstości stanów elektronowych dla układu rutylu TiO2 zarówno bez defektów, jak i zaburzonego, z wakansami tlenowymi, na komputerze wektorowym NEC SX-Aurora TSUBASA, używając odpowiednio zmodyfikowanego i poprawionego przeze mnie programu w języku Fortran, którego różne wersje były używane do obliczeń gęstości stanów zgodnie z metodą równania ruchu z użyciem funkcji Greena na superkomputerach wektorowych wcześniejszych generacji. Najważniejszym osiągnięciem niniejszej pracy jest równolegle uruchomienie programu na 8 Vector Engines wraz z przeprowadzonymi obliczeniami całkowitej gęstości stanów dla układu rutylu TiO2 bez defektów zawierającego 244.93 milionów atomów (co odpowiada próbce o wymiarze 159.4 nm x 156.1 nm x 102.4 nm) oraz dla układu rutylu TiO2 z defektami zawierającego 30.87 milionów atomów (co odpowiada próbce o wymiarze 81.3 nm x 78.1 nm x 50.6 nm), przy czym rozmiary tych układów są znacznie większe niż rozmiary układów, dla których przeprowadzane były obliczenia na podstawie innych metod (na przykład DFT) oraz za pomocą różnych wersji otrzymanego programu na superkomputerach wektorowych wcześniejszych generacji. Z przeprowadzonej analizy wynika, że zrównoleglono program efektywnie, chociaż zmierzone silne skalowanie wskazuje na to, że można zwiększyć efektywność końcowej wersji programu, co jednak wymaga dużych zmian w kodzie programu, a mianowicie w pętli, gdzie zachodzi obliczenie elementów FSUM podczas ewolucji czasowej, co zostanie zrealizowane w przyszłości.
The subject of the thesis was to calculate the total and local density of electron states for the TiO2 rutile system, both without defects and with oxygen vacancies, on the NEC SX-Aurora TSUBASA vector computer. I have modified and corrected a legacy Fortran program, which was used previously in many different versions to calculate the density of states according to the equation of motion method using Green’s function on several earlier generations of vector supercomputers. The most important achievement of this work is the parallel execution of my program on the 8 Vector Engines along with the calculations of the total density of states for the TiO2 rutile system without defects containing 244.93 million atoms (which corresponds to a sample with a size of 159.4 nm x 156.1 nm x 102.4 nm) and for the TiO2 rutile system with defects containing 30.87 million atoms (which corresponds to a sample with a size of 81.3 nm x 78.1 nm x 50.6 nm). The sizes of these quantum level systems are much larger than the sizes of systems for which calculations were ever done on the basis of other methods (e.g. DFT) and using different versions of the legacy code on earlier generations of vector supercomputers. The analysis shows that the program was parallelized efficiently, although the measured strong scaling indicates that the effectiveness of the final version of the program can be increased, which, however, requires substantial changes in the code, namely in the loop where the calculation of FSUM elements takes place during the time evolution. These changes are planned as a follow-up continuation of the work reported in this thesis.
