开源量子模拟引擎：Quantum ESPRESSO本地部署教程，第一性原理计算轻松入门！ - 实践

一、介绍

Quantum ESPRESSO 是一个用于电子结构计算和纳米尺度材料建模的开源计算机代码集成套件，专门用于进行第一性原理（第一性原理）计算，涵盖了电子结构、晶体学和材料性能的模拟。

Quantum ESPRESSO GPU 版本支持GPU加速，该部署版本为q-e-7.4.1。

源码下载：发布 · QEF - Quantum ESPRESSO Foundation / q-e · GitLab

二、部署流程

需要环境为：ubuntu 22.04；cuda12.8；NVIDIA HPC SDK

1.安装NVIDIA HPC SDK

NVIDIA HPC SDK提供了使用标准的C/C++和Fortran的编译器以及OpenACC指令和CUDA实现HPC建模和模拟应用的GPU加速。此工具能够让代码人员对源代码进行快速移植、并行和优化GPU加速，可以更大限度地提高科学和工程吞吐量，更大限度地减少编码时间。

下载网址：NVIDIA HPC SDK 当前版本下载 | NVIDIA 开发者 --- NVIDIA HPC SDK Current Release Downloads | NVIDIA Developer

官方文档：NVIDIA 高性能计算软件开发工具包版本 25.3 文档 — HPC SDK 25.3 文档 --- NVIDIA HPC SDK Version 25.3 Documentation — HPC SDK 25.3 documentation

到下载网址查看CUDA对应的HPC SDK 安装；

wget https://developer.download.nvidia.com/hpc-sdk/25.3/nvhpc_2025_253_Linux_x86_64_cuda_multi.tar.gztar xpzf nvhpc_2025_253_Linux_x86_64_cuda_multi.tar.gznvhpc_2025_253_Linux_x86_64_cuda_multi/install

环境配置

echo 'export PATH=/opt/nvidia/hpc_sdk/Linux_x86_64/25.3/compilers/bin:$PATH' >> ~/.bashrcecho 'export MANPATH=/opt/nvidia/hpc_sdk/Linux_x86_64/25.3/compilers/man:$MANPATH' >> ~/.bashrcsource ~/.bashrc

验证安装情况

nvfortranpgcc -V pgfortran -V

2. Quantum ESPRESSO GPU 安装

Quantum ESPRESSO GPU 加速需要 Nvidia HPC SDK 的 nvfortran 编译器，首先确认安装并配置好 NVIDIA HPC SDK。

wget https://gitlab.com/QEF/q-e/-/archive/qe-7.4.1/q-e-qe-7.4.1.tar.gztar -zxvf qe-7.4.1.tar.gzcd qe-7.4.1./configure --with-cuda=/usr/local/cuda-12.4/ --with-cuda-runtime=12.4 --with-cuda-cc=89 --enable-openmp  --with-scalapack=no --with-cuda-mpi=yesmake all -j 16

• --with-cuda=/usr/local/cuda-12.4/ CUDA 的安装路径
• --with-cuda-runtime=12.4 CUDA 的版本
• --with-cuda-cc=89 GPU 的算力，通过 nvaccelinfo 查看，在 Default Target: cZZ 中看到对应的值。
• --enable-openmp 启用 OpenMP 并行计算支持
• --with-scalapack=no 可选参数，设置是否使用 ScaLAPACK 库，一般禁用
• --with-cuda-mpi=yes 可选参数，启用 CUDA-aware MPI 支持

将编译好的模块配置到系统环境

echo 'export PATH="/root/q-e-qe-7.4.1/bin:$PATH"' >> ~/.bashrcsource ~/.bashrc