云计算捕获化学代码，为解决紧急能源需求提供潜力

Josiah02

有些计算挑战太大，必须全力以赴。这就是由美国能源部太平洋西北国家实验室领导的多元化科学家和计算专家团队与来自微软和其他国家实验室和大学的同事一起采取的方法，旨在实现新兴云计算资源的民主化。
这项计划已在《化学物理学报》上概述，它为将科学计算资源转移到可持续生态系统提供了路线图，该生态系统将随着技术的进步而不断发展。研究团队证明，云计算为数十年来一直是科学计算主力军的强大领导计算设施提供了敏捷、灵活的补充。
领导此项跨学科研究的 PNNL 计算化学家 Karol Kowalski 表示： “这是科学计算的全新范式。”
“我们已经证明，将软件即服务与云计算资源捆绑在一起是可能的。这一初步概念验证表明，云计算可以提供一系列选项，以补充和完善高性能计算，从而解决复杂的科学问题。”
云端的可持续软件
云计算已经远远超出了存放照片和文档档案的范围。计算行业已经转向为金融和制药公司等行业提供计算服务。在这项计划中，研究团队专注于将计算密集型算法移植到云端，这些算法用于确定拟议的新化学品在工业、高级聚合物、表面涂层和许多其他应用方面的可行性。
该计划名为“将百亿亿次计算化学转移到云计算环境和新兴硬件技术（TEC 4）”，旨在利用计算化学界内部的势头，将计算资源移植给用户，同时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，该团队提供了有关传统计算算法（例如最初在 PNNL 开发的流行的 NWChem 软件）和旨在利用最先进的图形处理单元 (GPU) 架构的最新软件的性能信息和技术数据。
他们的结果表明，云计算的速度和灵活性使得人们可以在几天内（而不是几个月）完成先进的计算化学工作流程。
微软 Azure Quantum Elements 产品负责人 Nathan Baker 表示：“微软的目标是帮助科学界加速科学发现。与 PNNL 的此次合作很好地展示了现代 AI [人工智能] 和 HPC 工具如何推动计算化学的发展。”
满足对能源解决方案的迫切需求
在过去十年中，计算化学已证明其不仅能够解决复杂的科学难题，还能指导和解释实验，并最终实现预测。能源部领导层计算设施提供的资源，尤其是百亿亿次级计算能力，可以最好地解决这些最复杂的挑战。
随着工具和技术的进步，解决问题的时间和成本也在不断增加。TEC 4的领导团队认识到云计算和行业协作提供了一个机会，可以利用计算资源来解决更广泛的问题。
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非常有用。
这种用于研究原子级分子相互作用的强大工具由于其复杂性而需要大量计算资源。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环境修复的现实策略的一个例子。
Kowalski 表示：“我们设想了一个从低层到高层作业的用例生态系统，利用基于 GPU 的计算，现在广泛应用于人工智能和机器学习应用。”
“我们希望让用户能够利用不同的计算层，只为需要的部分付费，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。”
云计算生态系统
该团队正在积极招募开发人员和用户端的新合作者，以建立用户群来测试新的云生态系统。
“我们正在建立一套规范，”科瓦尔斯基补充道。“我们的目标是围绕这一努力建立一个社区。”
按照这个思路，该团队概述了其计划，旨在培训一批能够熟练使用这些工具的学生，并帮助满足未来对能够将计算技术推向未来的科学家的需求。此次合作促成了德克萨斯大学埃尔帕索分校开设的一门新课程，中密歇根大学和 PNNL 将从 2024 年秋季开始与该校合作。