SERI: High-Throughput Streaming Acceleration of Electron Repulsion Integral Computation in Quantum Chemistry using HBM-based FPGAs
Notice bibliographique
Résumé
The computation of electron repulsion integrals (ERIs) is a key component for quantum chemical methods. The intensive computation and bandwidth demand for ERI evaluation presents a significant challenge for quantum-mechanics-based atomistic simulations with hybrid density functional theory: due to the tens of trillions of ERI computations in each time step, practical applications are usually limited to thousands of atoms. In this work, we propose SERI, a high-throughput streaming accelerator for ERI computation on HBM-based FPGAs. In contrast to prior buffer-based designs, SERI proposes a novel streaming architecture to address the on-chip buffer limitation and the floorplanning challenge, and leverages the high-bandwidth memory to overcome the bandwidth bottleneck in prior designs. Moreover, to meet the varying computation, bandwidth, and floorplanning requirements between the 55 canonical quartet classes in ERI calculation, we design an automation tool, together with an accurate performance model, to automatically customize the architecture and floorplanning strategy for each canonical quartet class to maximize their throughput. Our performance evaluation on the AMD/Xilinx Alveo U280 FPGA board shows that, SERI achieves an average speedup of 9.80 x over the previous best-performing FPGA design, a 3.21x speedup over a 64-core AMD EPYC 7713 CPU, and a 15.64x speedup over an Nvidia A40 GPU. It reaches a peak throughput of 23.8 GERIS ($10^{9}$ ERIs per second) on one Alveo U280 FPGA. SERI will be released soon at https://github.com/SFU-HiAccel/SERI.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».