有些计算挑战是如此之大，以至于有必要全力以赴。这是一个由美国能源部西北太平洋国家实验室领导的科学家和计算专家组成的多元化团队，以及来自微软和其他国家实验室和大学的同事们正在采取的方法，以使新兴云计算资源的访问民主化。
发表在《化学物理杂志》（The Journal of Chemical Physics）上的这项研究为将科学计算资源转移到一个随着技术进步而发展的可持续生态系统提供了路线图。研究小组证明，云计算为强大的领导计算设施提供了一个敏捷、灵活的补充，这些设施几十年来一直是科学计算的主力。
“这是科学计算的一个全新范例，”领导这项跨学科研究的PNNL计算化学家卡罗尔·科瓦尔斯基说。
“我们已经证明，将软件作为服务与云计算资源捆绑在一起是可能的。这一初步的概念验证表明，云计算可以为解决复杂的科学问题提供一系列选项，作为高性能计算的补充。”
云已经不仅仅是一个存放照片和文档的地方。计算行业已经转向为金融和制药公司以及其他行业提供计算服务。在这项计划中，研究团队专注于将云计算密集型算法移植到用于确定工业，先进聚合物，表面涂层和许多其他应用的拟议新化学品的可行性。
该计划被称为将Exascale计算化学转移到云计算环境和新兴硬件技术（TEC4），它建立在计算化学社区内部的动力基础上，将计算资源移植给用户，认识到需要不断调整软件以满足科学需求和硬件发展。
在他们的观点文章中，该团队提供了关于传统计算算法性能的信息和技术数据，例如最初由PNNL开发的流行NWChem软件，以及旨在利用最先进的图形处理单元（GPU）架构的最新软件。
他们的研究结果表明，云计算的速度和敏捷性为在几天而不是几个月的时间内完成高级计算化学工作流程打开了大门。
“微软的目标是让科学界加速科学发现，”微软Azure量子元素产品负责人内森·贝克（Nathan Baker）说。“与PNNL的合作是现代人工智能和高性能计算工具如何推进计算化学的一个很好的例子。”
在过去的十年中，计算化学已经显示出它不仅能够解决复杂的科学挑战，而且能够指导和解释实验，并最终实现预测。这些挑战中最复杂的是由美国能源部领先的计算设施提供的资源，特别是百亿亿次计算能力。
随着工具和技术的进步，获得解决方案的时间和成本也在提高。TEC4的领导团队认识到，云计算和行业协作为访问计算资源以解决更广泛的问题提供了机会。
例如，该团队使用Microsoft Azure和复杂的工作流程来研究复杂化学问题的分子动力学。这些模拟对于研究难以通过实验观察到的复杂反应是有用的。
这个强大的工具用于研究原子水平上的分子相互作用，由于其复杂性，需要大量的计算资源。在这里，研究小组展示了一种分解持久性环境污染物全氟辛酸的途径。这是计算化学如何用于设计现实世界环境修复策略的一个例子。
Kowalski说：“我们设想了一个从低级到高级工作的用例生态系统，利用目前广泛用于人工智能和机器学习应用的基于gpu的计算。”
“我们希望允许用户利用不同的计算层，只支付所需的费用，并将软件与计算访问捆绑在一起。这是迈向未来状态的第一步。”
该团队正在积极招募新的合作伙伴，包括开发人员和用户，以建立一个用户基础来测试新的云生态系统。
“我们正在建立一个代码家族，”科瓦尔斯基补充说。“我们的目标是围绕这项工作建立一个社区。”
沿着这些思路，该团队概述了其计划，以培养一批熟练使用这些工具的学生骨干，并将帮助填补对能够将计算技术推向未来的科学家的需求。这项合作导致了德克萨斯大学埃尔帕索分校开设了一门新课程，中密歇根大学和PNNL将于2024年秋季开始合作。
更多信息：云计算环境下的电子结构模拟，化学物理杂志（2024）。DOI: 10.1063/5.0226437期刊信息：化学物理杂志由太平洋西北国家实验室提供引文：云计算捕获化学代码，提供解决紧急能源需求的潜力（2024,10月21日）检索自2024年10月22日https://techxplore.com/news/2024-10-cloud-captures-chemistry-code-potential.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
