Tutorial QE: Compilando o QE no Linux

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Nesse tutorial aprenderemos:

• Como instalar as dependências necessárias para compilar o Quantum ESPRESSO em um computador pessoal;
• Como baixar e compilar o Quantum ESPRESSO
• Como instalar o XCrysDen;

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Compilando em um cluster com módulos pré-instalados

Caso deseje compilar o QE em um cluster que possua módulos pré-instalados, você pode carrega-los e utlizá-los para obter maior desempenho e facilidade. Para checar quais módulos estão disponíveis basta digitar no terminal:

module avail

Na tela irá aparecer uma lista como todos os módulos disponíveis. Para carregar algum módulo, basta digitar:

module load nome_do_modulo

A maioria dos sistemas de alto desempenho utiliza processadores Intel, e apresentam disponíveis as bibliotecas matemáticas otimizadas e os módulos de processamento paralelo MPI otimizados para processadores Intel.

Em geral, basta utilizar esses dois módulos para obter o máximo desempenho disponível. Um exemplo de utilização é:

module load intel/2019.4
module load openmpi/intel-4.0.1

No exemplo acima estamos carregando as bibliotecas matemáticas dispoíveis na 4° versão de 2019 do módulo Intel e carregando o módulo MPI versão 4.0.1 da Intel.

Caso consiga carregar com sucesso esses módulos, pode pular para a parte Configurando e Compilando o QE.

Compilando em um computador pessoal com Linux

Instalando as dependências básicas

Antes de iniciarmos a compilação do Quantum ESPRESSO propriamente, devemos instalar alguns pacotes básicos. Abra o terminal apertando as teclas Ctrl + Alt + t e digite:

sudo apt-get install build-essential fftw3-dev gfortran

Agora vamos instalar o OPENMPI, um pacote que permite a execução de paralela de programas em vários núcleos do processador. Primeiro, faça o download da versão mais recente no site. Em seguida, descompacte-o utilizando

tar -xzvf openmpi-X.Y.Z

onde X.Y.Z deve ser substituído pela versão que você fez o download. Agora abra a pasta e configure a instalação utilizando

cd openmpi-X.Y.Z

e, em seguida

./configure --prefix="/home/$USER/.openmpi"

Esse processo pode demorar cerca de 1 minuto. Após o fim é hora de efetivamente compilar o OPENMPI:

make
sudo make install

Nesse momento você pode sair para tomar um café ou comer algo, pois esse processo irá levar cerca de 10 a 15 minutos. Após o término, devemos incluir o caminho da instalação no ambiente de variáveis do bash. Para isso, basta adicionar os seguintes comandos no fim do arquivo arquivo ./bashrc.

export PATH="$PATH:/home/$USER/.openmpi/bin"
export LD_LIBRARY_PATH="$LD\_LIBRARY\_PATH:/home/$USER/.openmpi/lib/"

Para abrir esse arquivo basta digitar no terminal:

gedit ./bashrc

No fim é só salvar e fecha-lo. Para terminar precisamos somente instalar mais um programa:

sudo apt-get install libopenmpi-dev

Agora vamos instalar a biblioteca LAPACK, um conjunto de bibliotecas matemáticas. Para isso baixe a versão mais recente no site. Em seguida:

tar -xzvf lapack-X.Y.Z
cd lapack-X.Y.Z
cp make.inc.example make.inc
make blaslib
make lapacklib
make tmglib
sudo cp librefblas.a /usr/local/lib/libblas.a
sudo cp liblapack.a /usr/local/lib/liblapack.a
sudo cp libtmglib.a /usr/local/lib/libtmg.a

Configurando e Compilando o QE

Vamos agora configurar e compilar o Quantum ESPRESSO. Baixe a versão mais recente no site e então digite:

tar -xzvf qe-X.Y
cd qe-X.Y
./configure

É importante checar, ao fim da configuração da instalação se o instalador conseguiu localizar as bibliotecas matemáticas e o ambiente paralelo de execução. Você deve obter algo parecido com o apresentado abaixo:

The following libraries have been found:
   BLAS_LIBS= -lmkl_gf_lp64  -lmkl_sequential -lmkl_core
   LAPACK_LIBS=
   FFT_LIBS=

Plese check if this is what you expect.

Parallel enviroment detected successfully.\
Configured for compilation of parallel executables.

Dependendo de quais bibliotecas você utilizou, pode ocorrer alguma variação nos resultados acima, mas é importante que ele tenha localizado as bibliotecas que você deseja e, principalmente, tenha detectado o ambiente paralelo. Basta agora compilar digitando o comando abaixo. Esse processo pode levar até 15 minutos.

make all

Pronto, caso nada tenha dado errado no meio do caminho terminamos a instalação.

Por fim vamos executar o teste automatizado. Abra um terminal dentro da pasta do QE e então digite:

cd teste-suite
make run-tests

O teste pode levar cerca de 20 minutos.

Pronto, agora o Quantum ESPRESSO está devidamente compilado.

Instalando o XCrysDen

Vamos instalar o XCrysDen, um software para a visualização gráfica das estruturas presentes nos inputs e outputs do QE. Para isso, basta digitar no terminal:

sudo apt-get install xcrysden

Após instalado, para abri-lo basta digitar no terminal

xcrysden

O XCrysDen é extremamente útil para visualizar as estruturas, vetores de forças, vetores de vibração, pontos no espaço recíproco, e diversas outras coisas. Em breve haverá um tutorial somente de como explorar todo o seu potencial.