KSSOLV（Kohn-Sham Solver）是一款基于平面波基组的求解Kohn-Sham密度泛函理论的软件，采用MATLAB语言编写，类似Python为解释型语言，易于读写，可降低学习成本。KSSOLV无需额外编译安装，支持Windows、Mac OS X和Linux系统。其中KSSOLV-GPU是KSSOLV的英伟达GPU加速版本。

KSSOLV-GPU通过GPU加速后，可快速求解第一性原理密度泛函理论KS方程，且无需安装即可运行。KSSOLV-GPU加速后在个人PC端可达到主流计算软件的速度，这使课堂上演示量子力学计算成为可能。KSSOLV是一套既可以代替主流计算软件科研，又适用于教学的科教一体化计算程序，可以应用到前沿交叉科学研究和教学中。

放眼当前国内市场，占主流地位的是欧美等国外计算软件。它们大多采用Fortran/C++编写，不易理解，多数软件不支持在个人PC的WINDOWS环境下运行，这不利于将第一性原理计算程序搬入课堂进行教学演示。KSSOLV-GPU采用解释性语言MATLAB语言编写，学习成本较较低，易于读写，无需编译即可在个人PC的WINDOWS操作系统下快速运行，再加上便捷的可视化界面，让第一性原理软件在课堂上演示成为现实，可以填补国内第一性原理计算教学软件的空白。同时，借助KSSOLV-GPU平台还可以开展项目式和仿真式相结合的教学模从而给本科生、研究生量子力学的创新型教学提供有力的平台，培养学生的计算思维和并行计算能力，为以后专业课学习和科研能力的培养打下扎实的计算基础。

在RTX3090、V100和A100三种不同类型的GPU上测试了矩阵乘法( mtimes)、快速傅里叶变换( fft )、元素积(times)、水平级联( horzcat )、矩阵除法( mrdivide )和特征值( eig )的性能，并与MATLAB中的CPU进行了比较，用加速比来表示每个GPU的加速能力。

图 4-1-1 ( a )矩阵乘法( mtimes)、( b )快速傅里叶变换( fft )、( c )元素乘积(times)、( d )水平级联( horzcat )、( e )矩阵除法(mrdivide )和( f )特征值( eig )随测试矩阵维数增加，在MATLAB上，三种不同类型的GPU上分别与CPU的运算性能进行比较。

可以看到，不同的操作在GPU上都有相当大的加速比。对于V100和RTX3090 GPU，RTX3090作为最新的消费级GPU在eig、horzcat和times操作上的性能与V100相当甚至更好，但在fft上的性能只是V100的一半，在mtimes 和 mrdivide操作上的性能分别是V100的1/10和1 /5左右。因此，可以在此基础上推断出对KSSOLV迭代对角化算法GPU加速性能良好。

表4-2-1 取Ecut = 20.0Ha，在CPU、RTX3090、V100和A100上分别对LOBPCG、Davidson、Chebyfilt和OMM对角化算法的散点图进行线性拟合得到标度。

在不同GPU上测试了不同算法的加速比，结果如图4-2-2所示。加速比（speedup ratio）的计算公式为：

2021年，中国科学技术大学微电子学院龙世兵教授、孙海定研究员团队在氮化镓（GaN）半导体p-n异质结中实现了独特的光电流极性反转（即双向光电流现象）。相关成果以“Bidirectional photocurrent in p–n heterojunction nanowires”为题于9月23日发表在《自然 电子学》上（Nature Electronics 2021, 4, 645–652）。这是中国科大首次以第一作者单位在电子器件领域知名期刊 Nature Electronics 上发表研究论文。中科大研究员、瀚海量子创始人胡伟参与了该项目的联合攻关，利用团队的KSSOLV软件帮助作者完成论文中的DFT理论计算部分。

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