[lammps] GPU（KOKKOS/CUDA）ビルドモード追加・arch 可変（kugui A100 検証済み）

[k-yoshimi]

概要

apps/lammps（stable_29Aug2024_update1, CMake）に GPU ビルドモード config/gpu を追加します。KOKKOS パッケージ + CUDA バックエンドで GPU 版 lmp をビルドします。default と同じパッケージ集合（all_on + nolib）を GPU 加速する構成です。

GPU arch を可変に（重要）

GPU の compute capability はマシンごとに異なるため（kugui=A100, clavius=別 arch 等）、KOKKOS_ARCH を config.txt のチューナブル変数にしました:

• config/gpu/preprocess.sh は -DKokkos_ARCH_${KOKKOS_ARCH}=ON を使用。
• 既定値は無し（誤った arch のバイナリは GPU で動かないため、暗黙のデフォルトは危険）。未設定時は ${VAR:?...} で即座に分かりやすく失敗し、代表値（AMPERE80=A100, VOLTA70=V100, HOPPER90=H100, TURING75, ADA89, PASCAL60）を案内。
• → 別 GPU マシンでも KOKKOS_ARCH を変えるだけで対応可能。

nvcc（CUDA toolkit）と CUDA-aware MPI が PATH 上に必要。LAMMPS 同梱の nvcc_wrapper を C++ コンパイラに使用。stand-alone の GPU パッケージは無効化し KOKKOS を単一の GPU バックエンドに。

検証（物性研 kugui, NVIDIA A100 cc80, PBS GPU ノード）

• KOKKOS_ARCH=AMPERE80 で configure 成功（Kokkos 4.3.1, Architecture AMPERE80, Backends OPENMP;CUDA, CUDA 12.4）。
• KOKKOS-CUDA ビルド成功、lmp が libcudart にリンク。
• A100 で GPU 実行（lmp -k on g 1 -sf kk -in bench/in.lj）: KOKKOS mode ... will use up to 1 GPU(s) per node, attributes: ... kokkos_device, 5133 timesteps/s（exit 0）。

留意点

• 本モードは NVIDIA GPU + CUDA が必要なため GitHub CI では検証不可（既存 CPU モードの CI はそのまま）。
• kugui の計算ノードは外部ネット不可のため、all_on の MESONT パッケージが configure 時に行うポテンシャル DL は計算ノードで失敗する（configure はネットのあるノードで実施）。これは default ビルドと共通の既存挙動で GPU 固有ではない。

🤖 Generated with Claude Code

[k-yoshimi]

AI レビューサイクル結果（Codex + Antigravity）

Phase 1 — Codex（コード correctness）

• must_fix: なし
• should_fix（対応済み）: -DKokkos_ARCH_${KOKKOS_ARCH}=ON に KOKKOS_ARCH を素で展開している点 → [A-Za-z0-9_] 以外を弾く case バリデーションを追加（不正値は cmake 到達前に明確に失敗）。
• optional（対応済み）: nvcc_wrapper パスをクォート（空白パス対策）。

Phase 2 — Antigravity（ドキュメント / ワークフロー）

• must_fix_docs（対応済み）: GPU モードと必須 KOKKOS_ARCH が未ドキュメント → en/ja README ＋ Sphinx appendix（README_lammps.rst）に GPU セクションを追記（espresso と整合。誤 arch は実行時失敗する旨も明記）。
• workflow_risk（対応済み）: KOKKOS_ARCH 未設定時、download/extract 後に preprocess で失敗＝無駄 → install.sh 冒頭で mode=gpu かつ未設定なら即失敗（ダウンロード前）に。
• should_fix（対応済み）: コメントの Kokkos リンクを設定ガイドへ変更。
• optional（省略）: runtest の GPU 実行検証は runtest がモード非依存のため見送り。

検証

物性研 kugui（A100 cc80）で KOKKOS_ARCH=AMPERE80 にて configure（Kokkos 4.3.1, Backends OPENMP;CUDA）→ ビルド → GPU 実行（lmp -k on g 1 -sf kk, will use up to 1 GPU(s) per node）を実機確認済み。GPU arch は KOKKOS_ARCH で可変（clavius 等別 GPU も変数変更のみ）。GPU/CUDA 必須のため CI 非対象。

must_fix 系は無し／指摘は対応済み。収束と判断します。