突破百万电子和 1 EFLOP/s 壁垒：使用 MP2 势的生物分子尺度从头算分子动力学
化学物理
2024-10-30 v1 分布式、并行与集群计算
计算物理
摘要
复杂生化现象的精确模拟历来受到高保真分子建模技术计算需求的制约。量子力学方法，如从头算波函数 (WF) 理论，能提供所需的精度，但在模拟包含数千个原子的生物系统时，其计算规模扩展性不切实际。本研究将分子碎片化方法与 MP2 微扰理论相结合，提出了一种创新方法，能够在波函数理论水平上实现生物分子尺度的从头算分子动力学 (AIMD) 模拟。利用 Hartree-Fock 和 MP2 梯度的单位分解近似，我们的方法消除了计算密集型的四中心积分及其梯度，同时在现代 GPU 架构上实现了接近峰值的性能。异步时间步的引入最小化了时间步延迟，重叠了计算阶段并有效缓解了负载不平衡。利用 Frontier 超级计算机多达 9400 个节点，并达到其双精度浮点峰值的 59%（1006.7 PFLOP/s），我们的方法使我们能够突破具有量子精度的 AIMD 模拟的百万电子和 1 EFLOP/s 壁垒。
引用
@article{arxiv.2410.21888,
title = {Breaking the Million-Electron and 1 EFLOP/s Barriers: Biomolecular-Scale Ab Initio Molecular Dynamics Using MP2 Potentials},
author = {Ryan Stocks and Jorge L. Galvez Vallejo and Fiona C. Y. Yu and Calum Snowdon and Elise Palethorpe and Jakub Kurzak and Dmytro Bykov and Giuseppe M. J. Barca},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.21888},
year = {2024}
}