VASP 6.4.1 Ubuntu系統編譯安裝手冊

（基于Ubuntu 22.04 LTS，適用x86_64架構）

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第一章 系統環境深度配置

1.1 硬件兼容性驗證

# 驗證CPU指令集支持
grep -m1 flags /proc/cpuinfo | grep -o 'avx2\|avx512'
# 輸出應包含avx2（必要）或avx512（推薦）# 檢查內存容量
free -h | awk '/Mem/{print $2}'
# 建議物理內存≥64GB，交換空間≥物理內存1.5倍# 存儲性能測試
sudo hdparm -Tt /dev/nvme0n1
# 推薦IO速度>500MB/s（使用NVMe SSD）

1.2 操作系統環境準備

# 更新系統至最新狀態
sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y
sudo reboot# 安裝基礎編譯工具鏈
sudo apt install -y build-essential cmake ninja-build \autoconf libtool flex bison gfortran \libopenmpi-dev openmpi-bin libfftw3-dev \libblas-dev liblapack-dev libscalapack-openmpi-dev \libopenblas-openmp-dev libhdf5-openmpi-dev \libxml2-dev zlib1g-dev libssl-dev# 驗證GCC版本
gcc --version  # 要求≥11.3.0
gfortran --version# 安裝Python依賴
sudo apt install -y python3-dev python3-pip
pip3 install numpy scipy ase

1.3 數學庫深度優化配置

# 編譯安裝OpenBLAS（替代系統BLAS）
cd /opt
sudo git clone https://github.com/xianyi/OpenBLAS.git
cd OpenBLAS
sudo make -j$(nproc) DYNAMIC_ARCH=1 USE_OPENMP=1
sudo make PREFIX=/opt/openblas install# 配置環境變量
echo 'export OPENBLAS_NUM_THREADS=1' >> /etc/profile.d/openblas.sh
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/openblas/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc# 安裝FFTW3多精度版本
cd /opt
wget http://www.fftw.org/fftw-3.3.10.tar.gz
tar xzf fftw-3.3.10.tar.gz
cd fftw-3.3.10
./configure --enable-openmp --enable-mpi --enable-shared \--prefix=/opt/fftw3
make -j$(nproc) && sudo make install

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第二章 編譯環境深度調優

2.1 MPI環境定制

# 安裝MPICH替代OpenMPI（可選）
cd /opt
wget https://www.mpich.org/static/downloads/4.1.2/mpich-4.1.2.tar.gz
tar xzf mpich-4.1.2.tar.gz
cd mpich-4.1.2
./configure --prefix=/opt/mpich \--enable-fast=all,O3 \--with-device=ch4:ofi
make -j$(nproc) && sudo make install# 環境變量配置
echo 'export PATH=/opt/mpich/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/mpich/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc# 驗證MPI安裝
mpiexec --version

2.2 編譯器參數優化

# 創建編譯配置文件
cat > /etc/ld.so.conf.d/vasp.conf << EOF
/opt/openblas/lib
/opt/fftw3/lib
/usr/lib/x86_64-linux-gnu/openmpi/lib
EOF
sudo ldconfig# 設置架構優化標志
export CFLAGS="-march=native -O3 -fomit-frame-pointer"
export FFLAGS="-march=native -O3 -fno-second-underscore"
export CXXFLAGS="-march=native -O3"

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第三章 源碼獲取與預處理

3.1 合法獲取源代碼

# 創建專用構建目錄
mkdir -p $HOME/vasp_build && cd $HOME/vasp_build# 解壓官方源碼包（如下）
# 通過網盤分享的文件：vasp.6.4.1.tgz等6個文件
# 鏈接: https://pan.baidu.com/s/1_1vPv9fLyOed1CY8HUmgAQ?pwd=x5q1 
# 提取碼: x5q1 tar xzf vasp.6.4.1.tar.gz
cd vasp.6.4.1# 驗證文件完整性
md5sum -c checksum.md5

3.2 源碼結構預處理

# 創建編譯專用目錄
mkdir build obj# 備份原始模板
cp -r arch arch_orig# 清理歷史編譯記錄
make veryclean

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第四章 makefile深度定制

4.1 選擇編譯模板

# 創建自定義makefile
cp arch/makefile.include.linux_gnu makefile.include.custom
ln -s makefile.include.custom makefile.include

4.2 關鍵參數解析與優化

# 編譯器配置
CC = mpicc
CXX = mpicxx
FC = mpif90# 優化參數
CPP_OPTIONS = -DHOST=\"LinuxGNU\" \-DMPI -DMPI_BLOCK=8000 \-Duse_collective \-DscaLAPACK \-DCACHE_SIZE=4000 \-Davoidalloc \-Duse_bse_te \-Dtbdyn \-Dfock_dblbufBLAS_LAPACK = -L/opt/openblas/lib -lopenblas
FFTW3 = -L/opt/fftw3/lib -lfftw3_omp -lfftw3_mpi -lfftw3
SCALAPACK = -lscalapack-openmpiLLIBS = $(SCALAPACK) $(BLAS_LAPACK) $(FFTW3) -lgfortran -lm -lstdc++

4.3 多精度支持配置

# 雙精度配置
sed -i 's/PREC = normal/PREC = double/' makefile.include# GPU加速支持（需CUDA 12+）
echo 'CUDA_ROOT = /usr/local/cuda' >> makefile.include
echo 'LLIBS += -L$(CUDA_ROOT)/lib64 -lcudart -lcublas -lcufft' >> makefile.include

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第五章 分步編譯實戰

5.1 主程序編譯

# 標準版本
make std -j$(nproc) \CPP="gcc -E -P -C -traditional" \> make_std.log 2>&1# Gamma-only版本
make gam -j$(nproc) \CPP_OPTIONS+="-DNGZhalf" \> make_gam.log 2>&1# 非共線版本
make ncl -j$(nproc) \CPP_OPTIONS+="-Dnoncollinear" \> make_ncl.log 2>&1

5.2 工具鏈編譯

# 編譯dost工具
cd tools/dost
make FC=mpif90 \FFLAGS="-O3 -march=native" \LIBS="-L/opt/openblas/lib -lopenblas"
cp dost ../../bin/# 編譯kpoints生成器
cd ../kpoints
make FC=mpif90 \FFLAGS="-O3 -ffree-line-length-none"
cp kpoints ../../bin/

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第六章 安裝與驗證

6.1 系統級部署

# 創建安裝目錄
sudo mkdir -p /opt/vasp/6.4.1/{bin,lib,src}# 拷貝可執行文件
sudo cp -v build/std/vasp_* /opt/vasp/6.4.1/bin/
sudo cp -v bin/* /opt/vasp/6.4.1/bin/# 設置權限
sudo chmod -R 755 /opt/vasp

6.2 環境集成

# 創建環境模塊
sudo mkdir /etc/modulefiles/vasp
cat << EOF | sudo tee /etc/modulefiles/vasp/6.4.1
#%Module1.0
set version 6.4.1
set root /opt/vasp/\$versionprepend-path PATH \$root/bin
prepend-path LD_LIBRARY_PATH \$root/lib
setenv VASP_PP_PATH /path/to/potentials
EOF

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第七章 高級功能配置

7.1 多節點并行支持

# 配置SSH免密登錄
ssh-keygen -t ed25519
ssh-copy-id node1
ssh-copy-id node2# 創建主機列表
echo "node1 slots=24" >> hostfile
echo "node2 slots=24" >> hostfile# 測試跨節點運行
mpirun -hostfile hostfile -np 48 \/opt/vasp/6.4.1/bin/vasp_std

7.2 量子傳輸優化

# 啟用NLCG算法優化
cat > INCAR << EOF
ALGO = Fast
PREC = Accurate
EDIFF = 1E-6
EOF

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第八章 故障排查手冊

8.1 常見編譯錯誤

# 錯誤：undefined reference to `dgemm_'
解決方案：
1. 檢查BLAS鏈接順序：-lopenblas應放在命令最后
2. 確認環境變量LD_LIBRARY_PATH包含/opt/openblas/lib# 錯誤：mpi.h not found
解決方案：
1. 安裝openmpi-devel：sudo apt install libopenmpi-dev
2. 確認MPI路徑：which mpicc

8.2 運行時問題

# 錯誤：Segmentation fault in mpi_init
排查步驟：
1. 檢查MPI版本一致性：mpirun --version與編譯時相同
2. 驗證內存分配：ulimit -a查看stack size# 錯誤：POSCAR file not found
解決方案：
1. 設置VASP_PP_PATH環境變量
2. 確認贗勢文件權限：chmod -R 755 potentials

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附錄A：性能基準測試（示例）

測試體系	原子數	核數	計算時間	內存占用
Si-diamond	8	16	2m38s	1.2GB
Fe-bcc	54	64	18m12s	8.7GB

附錄B：推薦硬件配置

• 計算節點：AMD EPYC 7763 ×2（128核心）
• 內存：DDR4 3200MHz 512GB（8通道）
• 存儲：RAID0 NVMe SSD陣列（讀取速度>6GB/s）