原標(biāo)題：微觀世界的IPU：深勢科技首創(chuàng)基于IPU的分子動(dòng)力學(xué)

　　2021年12月9日,中國北京—— 深勢科技今日宣布已經(jīng)完成分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件DeePMD-kit向Graphcore(擬未)IPU硬件的遷移,表示IPU已經(jīng)正式支持DeePMD-kit這一榮獲戈登貝爾獎(jiǎng)的前沿分子動(dòng)力學(xué)模型,自此,研究者可以在IPU上進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用和材料模擬的探索。深勢科技和Graphcore將基于IPU,繼續(xù)發(fā)掘AI在科學(xué)計(jì)算上的潛力,共同探索基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的科學(xué)計(jì)算、藥物設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)和新型能源等場景。目前,開發(fā)者已經(jīng)可以在Graphcore的GitHub中獲取基于IPU硬件遷移完成的DeePMD-kit。

　　AI賦能HPC:DeePMD-kit為分子動(dòng)力學(xué)模擬帶來顛覆性革新

　　DeePMD-kit是深度勢能分子動(dòng)力學(xué)的開源項(xiàng)目。分子動(dòng)力學(xué)是一套分子模擬方法,該方法主要依靠牛頓力學(xué)來模擬分子體系的運(yùn)動(dòng)。分子動(dòng)力學(xué)在微觀世界模擬中起著承載作用,在物理、化學(xué)、生物、材料科學(xué)以及力學(xué)等領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。

　　長期以來,傳統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)面臨著一種“快而不準(zhǔn)”和“準(zhǔn)而不快”的難題。分子動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵在于通過構(gòu)建勢函數(shù)以精準(zhǔn)刻畫體系中原子的受力情況。勢函數(shù)構(gòu)建通常有兩類方法,一種是經(jīng)驗(yàn)力場,即用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)擬合原子之間的受力,主要擬合的對象是實(shí)驗(yàn)。這類方法的計(jì)算簡單,擴(kuò)展性佳,能模擬很大的尺度。但構(gòu)建勢函數(shù)的過程較長,需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力,并且擴(kuò)展性不好,每加入一個(gè)新體系都需要重新構(gòu)建勢函數(shù);另一類方法則從量子力學(xué)出發(fā),基于量子力學(xué)進(jìn)行適當(dāng)簡化,應(yīng)用密度泛函理論和第一性原理刻畫原子受力。這類方法 ,但是可以處理的原子體系通常比較小。

　　而深勢科技成功將DeePMD-kit進(jìn)行了并行化,首次實(shí)現(xiàn)了具有AIMD精度的第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬的商業(yè)與原子規(guī)模的應(yīng)用,為分子動(dòng)力學(xué)提供了革命性的高性能解決方案,正是由于其極具創(chuàng)新性,深勢科技的這一項(xiàng)目在2020年獲得了全球計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算領(lǐng)域的 獎(jiǎng)項(xiàng)戈登貝爾獎(jiǎng)。

　　“IPU硬件以及Poplar SDK環(huán)境很適合進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。我們和Graphcore共同對框架和算法進(jìn)行了定制化優(yōu)化,最終實(shí)現(xiàn)了DeePMD-kit遷移至IPU硬件。整個(gè)遷移過程非常成功,所有DeePMD-kit推理相關(guān)的功能均能成功部署到IPU硬件上,性能得到了提升,從而實(shí)現(xiàn)在IPU上進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用和材料模擬。”深勢科技算法研究員路登輝說道。

　　IPU將先進(jìn)的AI能力輸入到分子動(dòng)力學(xué)

　　IPU(智能處理器)是Graphcore公司為機(jī)器智能工作負(fù)載從零設(shè)計(jì)的處理器,此次深勢科技將分子維度的微觀世界部署至IPU上,將先進(jìn)的AI方法和硬件帶入到分子動(dòng)力學(xué)這一傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域,這是一次意義非凡的探索,科學(xué)計(jì)算的邊界再次被推遠(yuǎn),更多潛能在AI的撬動(dòng)下被激發(fā)。

　　深勢科技選擇IPU進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)任務(wù)遷移和模擬,原因在于IPU在硬件、軟件以及遷移成本上都有顯著優(yōu)勢。在硬件上,IPU硬件比較適合分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)展,尤其是可以提供良好的節(jié)點(diǎn)間通信。“此次和Graphcore公司合作,是我們向Multi-device硬件擴(kuò)張上的一個(gè)積極探索,我們發(fā)現(xiàn),IPU相較于傳統(tǒng)的AI芯片,對于分子動(dòng)力學(xué)模擬具有特殊的加速效果。”路登輝表示。

　　Poplar軟件助力分子動(dòng)力學(xué)模型輕松轉(zhuǎn)移至IPU

　　軟件上,Graphcore Poplar SDK良好的易用性非常適合進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬,開發(fā)者將DeePMD-kit轉(zhuǎn)移到IPU的過程非常輕松快速,軟件遷移成本低。

　　“在發(fā)現(xiàn)IPU架構(gòu)天然適用于分子動(dòng)力學(xué)之后,我們開始憂慮我們的模型任務(wù)是否可以平滑轉(zhuǎn)移至IPU上,結(jié)果在合作的早期,我們兩個(gè)實(shí)習(xí)生利用暑假閑余時(shí)間便在IPU上將DeePMD-kit運(yùn)行了起來。”深勢科技算法研究員路登輝表示,“把DeePMD-kit的算法任務(wù)從GPU轉(zhuǎn)移到IPU,就像一個(gè)工程師從C++換到Python進(jìn)行編程,這個(gè)過程很美妙。”

　　總結(jié)來說,Graphcore與深勢科技合作的意義在于,建立了在IPU上實(shí)施分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件的技術(shù)訣竅,也證明了IPU和Poplar SDK 的通用性。同時(shí)也豐富了DeePMD-kit的硬件平臺多樣性,為科學(xué)計(jì)算、藥物設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)等基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的應(yīng)用場景提供了更多可能性,也為通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方式賦能傳統(tǒng)物理應(yīng)用提供了更多可能性。

　　深勢科技首席科學(xué)家張林峰表示:“實(shí)踐證明,Graphcore的IPU硬件以及相應(yīng)的SDK環(huán)境非常適合分子動(dòng)力學(xué)模擬,從整個(gè)開源社區(qū)發(fā)展的角度來說,這也是一次有益的嘗試和探索。此次成功向IPU的遷移僅僅是一個(gè)開始。無論是從IPU硬件和Poplar軟件屬性上來說,還是從DeePMD-kit本身方法的算法上來說,IPU都很有優(yōu)勢,并且仍有相當(dāng)程度的潛力可以發(fā)掘。未來我們會繼續(xù)和Graphcore在硬件以及軟件算法、適配、協(xié)作上進(jìn)行更多的探索,更好地推動(dòng)DeepModeling開源社區(qū)的發(fā)展。”

　　Graphcore大中華區(qū)總裁兼全球首席營收官盧濤表示:“Graphcore IPU面向下一代機(jī)器智能,和Poplar SDK共同設(shè)計(jì),創(chuàng)新的架構(gòu)和軟件棧使得它能夠快捷地跨領(lǐng)域遷移。Graphcore對DeePMD-kit的支持是Graphcore在全方位業(yè)務(wù)場景落地的又一個(gè)里程碑,也是Graphcore和合作伙伴共同建設(shè)繁榮社區(qū)的實(shí)踐之一。Graphcore將和包括深勢科技在內(nèi)的合作伙伴繼續(xù)深化合作,共同推進(jìn)應(yīng)用落地,持續(xù)觸發(fā)創(chuàng)新。”

　　關(guān)于Graphcore

　　Graphcore的智能處理器(IPU)硬件和Poplar軟件幫助創(chuàng)新者在機(jī)器智能方面實(shí)現(xiàn)新突破。IPU是第一個(gè)專為機(jī)器智能設(shè)計(jì)的處理器,與通常用于人工智能的其他計(jì)算硬件相比,具有顯著的性能優(yōu)勢。

　　Graphcore已從領(lǐng)先的金融和戰(zhàn)略投資者那里籌集了超過7.1億美元資金,總部位于英國布里斯托,在英國劍橋和倫敦、中國北京、挪威奧斯陸、美國帕拉奧圖、德國慕尼黑、法國巴黎、韓國首爾、日本東京、新加坡設(shè)有辦公室。

　　獲取更多Graphcore資訊,閱讀深度技術(shù)文章,并與其他創(chuàng)新者們一起交流,敬請?jiān)L問Graphcore官網(wǎng)。

　　關(guān)于深勢科技

　　北京深勢科技有限公司(“深勢科技”)是成立于2019年的科技公司,致力于以新一代分子模擬技術(shù)解決微觀尺度工業(yè)設(shè)計(jì)難題。以打造切實(shí)服務(wù)于藥企、材料商和科研機(jī)構(gòu)的模擬研發(fā)平臺為主要業(yè)務(wù)方向,以解放研發(fā)工作者的生產(chǎn)力為主要業(yè)務(wù)目標(biāo)。 深勢科技具有強(qiáng)大的科研與產(chǎn)業(yè)落地能力。其新一代分子模擬算法在保持量子力學(xué)精度的基礎(chǔ)上,將分子動(dòng)力學(xué)的計(jì)算速度提升了至少五個(gè)數(shù)量級,且對算力的需求與體系的原子數(shù)量呈線性依賴;結(jié)合高性能計(jì)算,能夠?qū)��?shù)十億原子規(guī)模的體系進(jìn)行量子力學(xué)精度的計(jì)算模擬。團(tuán)隊(duì)核心成員獲得2020年全球計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算領(lǐng)域的 獎(jiǎng)項(xiàng)“戈登貝爾獎(jiǎng)”,相關(guān)工作當(dāng)選2020年中國十大科技進(jìn)展。

　　公司核心團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院院士領(lǐng)銜,研發(fā)隊(duì)伍由物理建模、數(shù)值算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算及藥物和材料計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域的數(shù)十名 青年科學(xué)家和工程師構(gòu)成。

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