多体微扰理论系列教程:BerkeleyGW软件编译

目前支持GW方法和Bethe-Salpeter方程求解的软件分为两类，一类是支持此类计算的通用DFT软件包，如VASP、abinit、GPAW、elk、exciting等，另一类是专业的多体微扰软件包，如BerkeleyGW、Yambo、SaX等。专业的程序在所支持的计算类型、后期处理和并行效率等方面相对于通用软件有很大优势。BerkeleyGW(https://berkeleygw.org/)和Yambo(http://www.yambo-code.org/)是两个用户数较多的多体微扰理论软件包，其特点和区别可以参考这个帖子http://muchong.com/t-10638958-1。一言以蔽之，BerkeleyGW非常稳定，文档齐全，程序组织结构非常清晰，但学习成本较高，使用较为繁琐；而Yambo使用方便，并且有很多特色功能，缺点是文档不全，早期版本也不太稳定。至于选择哪个软件，取决于计算资源和是否有人带。如果有人带，或者已经非常熟悉计算流程，推荐BerkeleyGW；从零开始完全自学的话，推荐Yambo。在这篇博文中，重点讲一下如何编译BerkeleyGW。

1、编译组件

BerkeleyGW有FFTW和HDF5等可选依赖组件。2.0.0以前的版本尚不能使用MKL中的FFT接口，因此FFTW是必需组件。我们先编译FFTW：

export CC=icc

export F77=ifort

export CFLAGS=-O2

export FFLAGS=-O2

./configure --prefix=$HOME/soft/fftw-3.3.4 --enable-sse2 --enable-shared

再编译HDF5：

export CC=mpicc

export FC=mpif90

export CFLAGS=-O2

export FCFLAGS=-O2

./configure \

--prefix=$HOME/soft/hdf5-1.8.17 \

--enable-fortran --enable-fortran2003 \

--enable-production --enable-parallel

2、基于Intel编译器编译BerkeleyGW 1.2.0

BerkeleyGW和VASP编译方式差不多，都是修改一个类似Makefile的文件后再make，没有configure过程。这个文件就是arch.mk，具体说明在源码的config/README里面，config目录下面还有各种范例。在这里给出一个可用的arch.mk（ICC+MKL+FFTW+HDF5+OpenMPI+openmp）：

# Precompiler options

COMPFLAG = -DINTEL

PARAFLAG = -DMPI -DOMP

MATHFLAG = -DUSESCALAPACK -DUSEFFTW3 -DHDF5

DEBUGFLAG = 

C_DEBUGFLAG = 


# Fortran compiler options

FCPP = /usr/bin/cpp -ansi

F90free = mpif90 -free -openmp

LINK = mpif90 -i-static -openmp

FOPTS = -O3 -no-prec-div

FNOOPTS = -O2 -no-prec-div

MOD_OPT = -module

INCFLAG = -I


# C/C++ compiler options

C_PARAFLAG = -DPARA -DMPICH_IGNORE_CXX_SEEK

CC_COMP = mpicxx

C_COMP = mpicc

C_LINK = mpicxx

C_OPTS = -O3


# Command to remove, for make clean

REMOVE = /bin/rm -f


# FFTW settings

FFTWPATH = $(HOME)/soft/fftw-3.3.4

FFTWLIB = -L$(FFTWPATH)/lib -lfftw3

FFTWINCLUDE = $(FFTWPATH)/include


# MKL settings

MKLPATH = $(HOME)/soft/mkl-13.0.079/lib/intel64

LAPACKLIB = -L$(MKLPATH) -lmkl_intel_lp64 -lmkl_sequential -lmkl_core

SCALAPACKLIB = -L$(MKLPATH) -lmkl_scalapack_lp64 -lmkl_blacs_openmpi_lp64


# HDF5 settings

HDF5PATH = $(HOME)/soft/hdf5-1.8.17

HDF5LIB = -L$(HDF5PATH)/lib -lhdf5hl_fortran -lhdf5_hl -lhdf5_fortran -lhdf5 -lz

HDF5INCLUDE = $(HDF5PATH)/include


# Flags for performance profiling

PERFORMANCE = 


# Test suite

TESTSCRIPT = make check-parallel

我们逐行看一下这套配置：

1) -DINTEL告诉预处理器我们所用的编译器为Intel编译器；

2) -DMPI和-DOMP告诉预处理器启用MPI和OpenMP混合并行，与之对应，后面的编译器参数中必须有-openmp;

3) -DUSESCALAPACK -DFFTW -DHDF5告诉预处理器启用SCALAPACK、FFTW和HDF5支持；

4) Fortran和C/C++编译选项基本不用修改；需注意若使用GCC中的预处理器(cpp)，且GCC版本大于等于4.8，则FCPP必须设置为FCPP = cpp -C -nostdinc；此外也可直接使用Intel编译器中专用的Fortran预处理器（FCPP = fpp）；

5) 在FFTW、MKL和HDF5库设置环节，我们均使用动态链接；注意此处使用的MKL不在标准安装路径下面，需要根据自己服务器的软件配置修改MKLPATH；

修改完arch.mk后，输入make all-flavors即可编译BerkeleyGW。编译完成后，进入testsuite目录，输入make check-parallel即可测试所编译的程序。测试时默认使用4个MPI进程，若需要用更多进程，或者所用MPI为IntelMPI，则需根据该目录下的README文件，修改BGWTESTMPI_NPROCS和MPIEXEC环境变量。

测试无误后，输入make install INSTDIR=安装目录，即可将软件安装至指定目录下。

3、基于GNU编译器编译BerkeleyGW 2.0.0

使用2019版Intel 编译器编译BerkeleyGW 2.0.0，测试时会遇到大量段错误，无论无何调低优化级别都无法消除。解决方案就是安装更低版本的Intel编译器，或者改用GNU编译器。

下面给出用GNU编译器编译BerkeleyGW 2.0.0的arch.mk(GCC+MKL+OpenMPI)：

COMPFLAG = -DGNU

PARAFLAG = -DMPI

MATHFLAG = -DUSESCALAPACK -DUSEFFTW3 

DEBUGFLAG = 


FCPP = cpp -ansi

F90free = mpif90 -ffree-form -ffree-line-length-none

LINK = mpif90

FOPTS = -O3 -march=native -mtune=native

FNOOPTS = -O3 -march=native -mtune=native

MOD_OPT = -J

INCFLAG = -I


C_PARAFLAG = -DPARA

CC_COMP = mpicxx

C_COMP = mpicc

C_LINK = mpicxx

C_OPTS = -O3 -march=native -mtune=native

C_DEBUGFLAG =


REMOVE = /bin/rm -f


FFTWLIB = $(MKLROOT)/interfaces/fftw3xf/libfftw3xf_intel.a

FFTWINCLUDE = $(MKLROOT)/include/fftw

MKLPATH = $(MKLROOT)lib/intel64

LAPACKLIB = -L$(MKLPATH) -lmkl_intel_lp64 -lmkl_sequential -lmkl_core -lpthread

SCALAPACKLIB = -L$(MKLPATH) -lmkl_scalapack_lp64 -lmkl_blacs_openmpi_lp64

配置文件和上面的差别不大，主要在这几个地方：

1) -DGNU告诉预处理器所用编译器为GNU编译器；

2) 仅启用MPI并行，所以删掉了-DOMP预处理选项；

3) 没有使用HDF5库，所以删掉了-DUSEHDF5；

4) 编译器选项全部换成了适用于GNU编译器的选项；

5) 直接使用了MKL中的FFTW接口；

6) MKL安装在了标准位置（$MKLROOT）；

经测试，在链接到MKL的前提下，GNU编译器和Intel编译器编译出的BerkeleyGW运行效率相差不大。

在准备BerkeleyGW输入文件时，会用到其中的一些小程序。如果在虚拟机中也编译一份BerkeleyGW的话，就会非常方便。下面给出用GNU编译器编译BerkeleyGW 2.0.0的arch.mk（GCC+FFTW+Netlib LAPACK）：

# Precompiler options

COMPFLAG = -DGNU

PARAFLAG = 

MATHFLAG = -DUSEFFTW3

DEBUGFLAG = 

C_DEBUGFLAG = 


# Fortran compiler options

FCPP = cpp -C -nostdinc

F90free = gfortran -ffree-form -ffree-line-length-none

LINK = gfortran

FOPTS = -O3

FNOOPTS = -O2

MOD_OPT = -J

INCFLAG = -I


# C/C++ compiler options

C_PARAFLAG =

CC_COMP = g++

C_COMP = gcc

C_LINK = g++

C_OPTS = -O3


# Command to remove, for make clean

REMOVE = /bin/rm -f


# FFTW settings

FFTWPATH = /usr

FFTWLIB = -L$(FFTWPATH)/lib64 -lfftw3

FFTWINCLUDE = $(FFTWPATH)/include


# LAPACK settings

LAPACKPATH = /usr

LAPACKLIB = -L$(LAPACKPATH)/lib64 -llapack -lblas

该配置中使用了从软件源安装的FFTW和LAPACK，所以链接了/usr/lib64下面的库文件。如果使用自己编译的FFTW和LAPACK，则需修改FFTWPATH和LAPACKPATH。

配置文件请移步去李云海博士博客下载

http://blog.sciencenet.cn/blog-2909108-1183487.html

其它BerkeleyGW编译安装教程(注：小编添加)

https://blog.csdn.net/sowhatgavin/article/details/71308157