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VASP 6.4.1 Ubuntu系统编译安装手册

（基于Ubuntu 22.04 LTS，适用x86_64架构）

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第一章 系统环境深度配置

1.1 硬件兼容性验证

# 验证CPU指令集支持
grep -m1 flags /proc/cpuinfo | grep -o 'avx2\|avx512'
# 输出应包含avx2（必要）或avx512（推荐）# 检查内存容量
free -h | awk '/Mem/{print $2}'
# 建议物理内存≥64GB，交换空间≥物理内存1.5倍# 存储性能测试
sudo hdparm -Tt /dev/nvme0n1
# 推荐IO速度>500MB/s（使用NVMe SSD）

1.2 操作系统环境准备

# 更新系统至最新状态
sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y
sudo reboot# 安装基础编译工具链
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# 验证GCC版本
gcc --version  # 要求≥11.3.0
gfortran --version# 安装Python依赖
sudo apt install -y python3-dev python3-pip
pip3 install numpy scipy ase

1.3 数学库深度优化配置

# 编译安装OpenBLAS（替代系统BLAS）
cd /opt
sudo git clone https://github.com/xianyi/OpenBLAS.git
cd OpenBLAS
sudo make -j$(nproc) DYNAMIC_ARCH=1 USE_OPENMP=1
sudo make PREFIX=/opt/openblas install# 配置环境变量
echo 'export OPENBLAS_NUM_THREADS=1' >> /etc/profile.d/openblas.sh
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/openblas/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc# 安装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 编译环境深度调优

2.1 MPI环境定制

# 安装MPICH替代OpenMPI（可选）
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$(nproc) && sudo make install# 环境变量配置
echo 'export PATH=/opt/mpich/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/opt/mpich/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc# 验证MPI安装
mpiexec --version

2.2 编译器参数优化

# 创建编译配置文件
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# 设置架构优化标志
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 源码获取与预处理

3.1 合法获取源代码

# 创建专用构建目录
mkdir -p $HOME/vasp_build && cd $HOME/vasp_build# 解压官方源码包（如下）
# 通过网盘分享的文件：vasp.6.4.1.tgz等6个文件
# 链接: https://pan.baidu.com/s/1_1vPv9fLyOed1CY8HUmgAQ?pwd=x5q1 
# 提取码: x5q1 tar xzf vasp.6.4.1.tar.gz
cd vasp.6.4.1# 验证文件完整性
md5sum -c checksum.md5

3.2 源码结构预处理

# 创建编译专用目录
mkdir build obj# 备份原始模板
cp -r arch arch_orig# 清理历史编译记录
make veryclean

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第四章 makefile深度定制

4.1 选择编译模板

# 创建自定义makefile
cp arch/makefile.include.linux_gnu makefile.include.custom
ln -s makefile.include.custom makefile.include

4.2 关键参数解析与优化

# 编译器配置
CC = mpicc
CXX = mpicxx
FC = mpif90# 优化参数
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

# 双精度配置
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 分步编译实战

5.1 主程序编译

# 标准版本
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# 非共线版本
make ncl -j$(nproc) \CPP_OPTIONS+="-Dnoncollinear" \> make_ncl.log 2>&1

5.2 工具链编译

# 编译dost工具
cd tools/dost
make FC=mpif90 \FFLAGS="-O3 -march=native" \LIBS="-L/opt/openblas/lib -lopenblas"
cp dost ../../bin/# 编译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 安装与验证

6.1 系统级部署

# 创建安装目录
sudo mkdir -p /opt/vasp/6.4.1/{bin,lib,src}# 拷贝可执行文件
sudo cp -v build/std/vasp_* /opt/vasp/6.4.1/bin/
sudo cp -v bin/* /opt/vasp/6.4.1/bin/# 设置权限
sudo chmod -R 755 /opt/vasp

6.2 环境集成

# 创建环境模块
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 高级功能配置

7.1 多节点并行支持

# 配置SSH免密登录
ssh-keygen -t ed25519
ssh-copy-id node1
ssh-copy-id node2# 创建主机列表
echo "node1 slots=24" >> hostfile
echo "node2 slots=24" >> hostfile# 测试跨节点运行
mpirun -hostfile hostfile -np 48 \/opt/vasp/6.4.1/bin/vasp_std

7.2 量子传输优化

# 启用NLCG算法优化
cat > INCAR << EOF
ALGO = Fast
PREC = Accurate
EDIFF = 1E-6
EOF

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第八章 故障排查手册

8.1 常见编译错误

# 错误：undefined reference to `dgemm_'
解决方案：
1. 检查BLAS链接顺序：-lopenblas应放在命令最后
2. 确认环境变量LD_LIBRARY_PATH包含/opt/openblas/lib# 错误：mpi.h not found
解决方案：
1. 安装openmpi-devel：sudo apt install libopenmpi-dev
2. 确认MPI路径：which mpicc

8.2 运行时问题

# 错误：Segmentation fault in mpi_init
排查步骤：
1. 检查MPI版本一致性：mpirun --version与编译时相同
2. 验证内存分配：ulimit -a查看stack size# 错误：POSCAR file not found
解决方案：
1. 设置VASP_PP_PATH环境变量
2. 确认赝势文件权限：chmod -R 755 potentials

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附录A：性能基准测试（示例）

测试体系	原子数	核数	计算时间	内存占用
Si-diamond	8	16	2m38s	1.2GB
Fe-bcc	54	64	18m12s	8.7GB

附录B：推荐硬件配置

• 计算节点：AMD EPYC 7763 ×2（128核心）
• 内存：DDR4 3200MHz 512GB（8通道）
• 存储：RAID0 NVMe SSD阵列（读取速度>6GB/s）