Атланта, 21 листопада 2024 р. – ACM, Асоціація обчислювальної техніки, назвала команду з восьми членів із австралійських та американських установ переможцями премії Гордона Белла 2024 ACM за проект «Знищити мільйон електронів і 1 Бар'єри EFLOP/s: Біомолекулярний масштаб З самого початку Молекулярна динаміка з використанням потенціалів MP2».
Члени команди: Райан Стокс, Хорхе Л. Галвез Вальехо, Фіона Сі Ю, Калум Сноудон, Еліз Палеторп (усі Австралійський національний університет); Якуб Курзак (Advanced Micro Devices, Inc.); Дмитро Биков (Окриджська національна лабораторія); та Джузеппе М. Дж. Барка (Університет Мельбурна).
Молекулярна динаміка — це метод комп’ютерного моделювання, розроблений для кращого розуміння рухів атомів і молекул у системі. Серед різних використаних підходів є Від Intium (або перші принципи) обчислень, за допомогою яких вчені використовують те, що відомо про фундаментальні закони природи, щоб розробити алгоритми, які вони запускають на комп’ютерах.
Точне моделювання властивостей молекул і атомів (а також того, як вони взаємодіють) може призвести до широкого спектру суспільних переваг, включаючи розробку терапевтичних ліків, виробництво біопалива, переробку пластику та розробку медичних біоматеріалів.
Хоча використання комп’ютерів для моделювання молекулярної динаміки налічує кілька десятиліть, багато традиційних підходів були обмежені точністю силових полів (комп’ютерні вчені розробляють обчислювальні моделі для опису сил між атомами та молекулами). Ці обмеження підірвали точність результатів моделювання.
Хоча інші підходи, такі як квантово-механічні методи, забезпечили бажану точність, вони не змогли масштабувати потужні суперкомп’ютери для моделювання тисяч атомів у біосистемі.
Щоб вирішити цю проблему, команда лауреатів премії Гордона Белла розробила нову техніку, яка поєднує методи під назвою молекулярна фрагментація і Теорія збурень MP2.
Використовуючи свої алгоритмічні інновації на потужному екзамасштабному комп’ютері, команда змогла досягти рекордної продуктивності моделювання понад мільйона електронів для обчислювальної хімії та масштабувати свій алгоритм до EFlop/s (обробка квінтильйона обчислень на другий). Результат моделювання команди, яка отримала премію Гордона Белла, у 1000 разів більший за розмір системи, ніж існуючий стан техніки, і оброблений у 1000 разів швидше, ніж будь-яка попередня модель.
Команда, лауреат премії Гордона Белла, виконала кілька часових кроків Ab Initio Molecular Dynamics (AIMD) на молекулярному кластері з понад двома мільйонами електронів, використовуючи 9400 вузлів на суперкомп’ютері Frontier exascale, значно більшому, ніж будь-який попередній AIMD або обчислення статичної енергії та/або градієнта. на порівнянному рівні точності. Ці розрахунки досягають 1006,7 PFLOP/с, що забезпечує ефективність пропускної здатності 59% від досяжного піку FP64 на 99,9% машини. Крім того, команда продемонструвала низьку затримку кроку в часі 3,4 с/крок на фрагменті білка з 1496 атомами та понад 5500 електронами, досягнувши пропускної здатності моделювання 25 000 кроків на день на 1024 вузлах Perlmutter.
У своїй статті команда лауреатів премії Гордона Белла ACM 2024 року стверджує: «Цей стрибок уперед не просто поступовий; він заново визначає межі того, що обчислювально можливо в молекулярній динаміці, встановлюючи новий стандарт точності та ефективності у великомасштабному моделюванні. Покращена масштабованість і точність наших методів моделювання дає змогу науковому співтовариству вирішувати давні проблеми як у хімії, так і в біології».
Суперкомп’ютер Frontier, розташований у Національній лабораторії Оук-Рідж в Оук-Ріджі, штат Теннессі, є першим і найшвидшим у світі ексамасштабним суперкомп’ютером. Він може виконувати квінтильйон (мільярд мільярдів) операцій за секунду. Коли Frontier з’явився в мережі у 2022 році, він був у 2,5 рази швидшим за другий за потужністю суперкомп’ютер у світі. Станом на листопад 2024 року Frontier вважається другим за потужністю суперкомп’ютером у світі. Суперкомп'ютер Perlmutter знаходиться в (США) Національному науково-обчислювальному центрі енергетичних досліджень (NERSC). Він використовується в основному в таких програмах, як аналіз клімату, квантова інформаційна наука, технології чистої енергії, а також напівпровідники та мікроелектроніка. Станом на листопад 2024 року він займає 19-е місце серед найпотужніших суперкомп’ютерів у світі.
Премія ACM Gordon Bell Prize відстежує розвиток паралельних обчислень і винагороджує інновації у застосуванні високопродуктивних обчислень для вирішення завдань у науці, інженерії та широкомасштабній аналітиці даних. Нагорода була вручена під час Міжнародної конференції з високопродуктивних обчислень, мереж, зберігання й аналізу (SC24), яка проходить 17–22 листопада в Атланті, штат Джорджія.
