CP2K

Nesta seção:

Descrição
Versões Disponíveis
Carregando o Módulo
Submissão de Jobs Seriais
Submissão de Jobs MPI
Submissão de Jobs com OpenMP
Submissão de Jobs Híbridos (MPI+OpenMP)
Submissão de Jobs com GPU (versão 2026.1.gpu)
Submissão de Jobs com Múltiplas GPUs
Submissão de Jobs Híbridos (MPI + GPU)
Variáveis de Ambiente
Exemplo de Arquivo de Entrada
Exemplo de Arquivo de Entrada com Configuração GPU
Job Array para Varredura de Parâmetros
Job Array para Varredura de Parâmetros com GPU
Otimização de Desempenho com GPU
Comparativo de Desempenho
Referências

Descrição 

De acordo com a documentação do CP2K, CP2K é um pacote de software de química quântica e física do estado sólido que pode realizar simulações atomísticas de sistemas no estado sólido, líquidos, moleculares, periódicos, materiais, cristais e sistemas biológicos.

Versões Disponíveis 

cp2k/2023.1 (default)
cp2k/2026.1
cp2k/2026.1.gpu (com suporte a GPU)

Nota

Para verificar as versões disponíveis:

module avail cp2k

Carregando o Módulo 

# Versão padrão (CPU)
module load cp2k/2026.1

# Versão com suporte a GPU
module load cp2k/2026.1.gpu

# Verificar instalação
cp2k --version

# Variáveis de ambiente disponíveis
echo $CP2K_DATA   # Diretório com conjuntos de base e potenciais

Submissão de Jobs Seriais 

submit_cp2k_serial.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_serial
#SBATCH -N 1
#SBATCH -n 1
#SBATCH -t 5-00:00:00
#SBATCH --mem=8G

export INPUT="h2o.inp"
export OUTPUT="h2o.out"

module load cp2k/2026.1

job-nanny cp2k.popt -i h2o.inp -o h2o.out

Submissão de Jobs MPI 

submit_cp2k_mpi.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_mpi
#SBATCH -N 2
#SBATCH --ntasks-per-node=28
#SBATCH -t 7-00:00:00
#SBATCH --mem-per-cpu=2G

export INPUT="h2o.inp"
export OUTPUT="h2o.out"

module load cp2k/2026.1

job-nanny mpirun -n 56 cp2k.popt -i h2o.inp -o h2o.out

Submissão de Jobs com OpenMP 

submit_cp2k_omp.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_omp
#SBATCH -N 1
#SBATCH -c 28
#SBATCH -t 5-00:00:00
#SBATCH --mem=64G

export INPUT="h2o.inp"
export OUTPUT="h2o.out"
export OMP_NUM_THREADS=$SLURM_CPUS_PER_TASK

module load cp2k/2026.1

job-nanny cp2k.psmp -i h2o.inp -o h2o.out

Submissão de Jobs Híbridos (MPI+OpenMP)

submit_cp2k_hybrid.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_hybrid
#SBATCH -N 2
#SBATCH --ntasks-per-node=4
#SBATCH -c 7
#SBATCH -t 7-00:00:00
#SBATCH --mem-per-cpu=2G

export INPUT="h2o.inp"
export OUTPUT="h2o.out"
export OMP_NUM_THREADS=$SLURM_CPUS_PER_TASK

module load cp2k/2026.1

job-nanny mpirun -n 8 cp2k.psmp -i h2o.inp -o h2o.out

Submissão de Jobs com GPU (versão 2026.1.gpu)

A versão com suporte a GPU do CP2K oferece aceleração significativa para cálculos DFT e outros métodos computacionalmente intensivos.

submit_cp2k_gpu.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_gpu
#SBATCH -p gpu
#SBATCH --gres=gpu:1
#SBATCH -N 1
#SBATCH -n 1
#SBATCH -c 8
#SBATCH -t 48:00:00
#SBATCH --mem=32G

export INPUT="h2o.inp"
export OUTPUT="h2o.out"

module load cp2k/2026.1.gpu
module load cuda/12.9

# O CP2K detecta automaticamente as GPUs disponíveis
job-nanny cp2k.psmp -i h2o.inp -o h2o.out

Submissão de Jobs com Múltiplas GPUs 

submit_cp2k_multi_gpu.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_multi_gpu
#SBATCH -p gpu
#SBATCH --gres=gpu:4
#SBATCH -N 1
#SBATCH -n 1
#SBATCH -c 16
#SBATCH -t 72:00:00
#SBATCH --mem=64G

export INPUT="large_system.inp"
export OUTPUT="large_system.out"

module load cp2k/2026.1.gpu
module load cuda/12.9

# Múltiplas GPUs para cálculos mais pesados
job-nanny cp2k.psmp -i large_system.inp -o large_system.out

Submissão de Jobs Híbridos (MPI + GPU)

Para sistemas muito grandes, combine paralelização MPI entre nós com aceleração GPU dentro de cada nó:

submit_cp2k_mpi_gpu.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_mpi_gpu
#SBATCH -p gpu
#SBATCH --gres=gpu:2
#SBATCH -N 2
#SBATCH --ntasks-per-node=4
#SBATCH -c 7
#SBATCH -t 96:00:00
#SBATCH --mem-per-cpu=4G

export INPUT="very_large.inp"
export OUTPUT="very_large.out"

module load cp2k/2026.1.gpu
module load cuda/12.9

job-nanny mpirun -n 8 cp2k.psmp -i very_large.inp -o very_large.out

Variáveis de Ambiente 

Ao carregar o módulo do CP2K, a variável CP2K_DATA é definida:

module load cp2k/2026.1
echo $CP2K_DATA   # /opt/gridunesp/dist/cp2k/2026.1/cp2k/data/

Esta variável aponta para o diretório com conjuntos de base e potenciais.

Exemplo de Arquivo de Entrada 

h2o.inp

&GLOBAL
  PROJECT H2O
  RUN_TYPE ENERGY
  PRINT_LEVEL LOW
&END GLOBAL

&FORCE_EVAL
  METHOD Quickstep
  &DFT
    BASIS_SET_FILE_NAME $CP2K_DATA/BASIS_MOLOPT
    POTENTIAL_FILE_NAME $CP2K_DATA/POTENTIAL
    &MGRID
      CUTOFF 400
      REL_CUTOFF 50
    &END MGRID
    &QS
      METHOD GPW
    &END QS
    &SCF
      SCF_GUESS ATOMIC
      EPS_SCF 1.0E-6
      MAX_SCF 200
    &END SCF
    &XC
      &XC_FUNCTIONAL PBE
      &END XC_FUNCTIONAL
    &END XC
  &END DFT

  &SUBSYS
    &CELL
      ABC 10.0 10.0 10.0
    &END CELL
    &COORD
      O   5.0   5.0   5.0
      H   5.0   5.7   5.0
      H   5.7   5.0   5.0
    &END COORD
    &KIND H
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE
    &END KIND
    &KIND O
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE
    &END KIND
  &END SUBSYS
&END FORCE_EVAL

Exemplo de Arquivo de Entrada com Configuração GPU 

Para aproveitar as GPUs, algumas otimizações podem ser adicionadas ao arquivo de entrada:

h2o_gpu.inp

&GLOBAL
  PROJECT H2O_GPU
  RUN_TYPE ENERGY
  PRINT_LEVEL LOW
&END GLOBAL

&FORCE_EVAL
  METHOD Quickstep
  &DFT
    BASIS_SET_FILE_NAME $CP2K_DATA/BASIS_MOLOPT
    POTENTIAL_FILE_NAME $CP2K_DATA/POTENTIAL
    &MGRID
      CUTOFF 400
      REL_CUTOFF 50
    &END MGRID
    &QS
      METHOD GPW
      EPS_DEFAULT 1.0E-12
    &END QS
    &SCF
      SCF_GUESS ATOMIC
      EPS_SCF 1.0E-6
      MAX_SCF 200
      &OT ON
        MINIMIZER CG
        PRECONDITIONER FULL_ALL
      &END OT
    &END SCF
    &XC
      &XC_FUNCTIONAL PBE
      &END XC_FUNCTIONAL
    &END XC
    &PRINT
      &PROGRAM_RUN_INFO ON
      &END PROGRAM_RUN_INFO
    &END PRINT
  &END DFT

  &SUBSYS
    &CELL
      ABC 10.0 10.0 10.0
    &END CELL
    &COORD
      O   5.0   5.0   5.0
      H   5.0   5.7   5.0
      H   5.7   5.0   5.0
    &END COORD
    &KIND H
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE
    &END KIND
    &KIND O
      BASIS_SET DZVP-MOLOPT-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE
    &END KIND
  &END SUBSYS
&END FORCE_EVAL

Job Array para Varredura de Parâmetros 

submit_cp2k_array.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_array
#SBATCH --array=1-5
#SBATCH -N 1
#SBATCH -n 1
#SBATCH -t 24:00:00
#SBATCH --mem=8G

export INPUT="template.inp"
export OUTPUT="run_${SLURM_ARRAY_TASK_ID}/"

module load cp2k/2026.1

# Parâmetros para varredura
CUTOFF_VALUES=(200 300 400 500 600)
CUTOFF=${CUTOFF_VALUES[$SLURM_ARRAY_TASK_ID-1]}

mkdir -p run_${SLURM_ARRAY_TASK_ID}
cd run_${SLURM_ARRAY_TASK_ID}

# Modificar arquivo de entrada
sed "s/CUTOFF_VALUE/$CUTOFF/g" ../template.inp > input.inp

job-nanny cp2k.popt -i input.inp -o output.out

Job Array para Varredura de Parâmetros com GPU 

submit_cp2k_gpu_array.sh

#!/bin/bash
#SBATCH -J cp2k_gpu_array
#SBATCH --array=1-4
#SBATCH -p gpu
#SBATCH --gres=gpu:1
#SBATCH -N 1
#SBATCH -n 1
#SBATCH -c 8
#SBATCH -t 48:00:00
#SBATCH --mem=32G

# Diferentes números de GPUs por job
GPU_VALUES=(1 2 3 4)
GPU_COUNT=${GPU_VALUES[$SLURM_ARRAY_TASK_ID-1]}

export INPUT="template.inp"
export OUTPUT="gpu_${GPU_COUNT}/"

module load cp2k/2026.1.gpu
module load cuda/12.9

mkdir -p gpu_${GPU_COUNT}
cd gpu_${GPU_COUNT}
cp ../template.inp input.inp

# Solicitar número específico de GPUs
#SBATCH --gres=gpu:${GPU_COUNT}

job-nanny cp2k.psmp -i input.inp -o output.out

Otimização de Desempenho com GPU 

Para obter o melhor desempenho com a versão GPU do CP2K:

Use a versão adequada do CP2K para sua carga de trabalho
Balanceie CPUs e GPUs - Muitas tarefas podem sobrecarregar a GPU
Ajuste os parâmetros do SCF no arquivo de entrada para convergência mais rápida

Dica

Para problemas pequenos, o overhead de usar GPU pode não compensar. Teste diferentes configurações para encontrar o melhor equilíbrio.

Comparativo de Desempenho 

Versão	Uso recomendado	Desempenho relativo
cp2k.popt (serial)	Testes, jobs pequenos	1x
cp2k.psmp (OpenMP)	Nó único, até 28 threads	2-5x
cp2k.popt com MPI	Múltiplos nós	10-50x
cp2k.psmp com GPU	Alta performance, sistemas grandes	20-100x

Referências 

Documentação: https://www.cp2k.org/howto
Manuais: https://manual.cp2k.org/
Tutoriais: https://www.cp2k.org/exercises
Otimização GPU: https://www.cp2k.org/howto:gpu

Ver também

Quantum ESPRESSO - Alternativa para DFT
Siesta - Alternativa para DFT com bases localizadas
CUDA - Suporte a GPU no GridUnesp
Processando Simulações - Como submeter jobs