188bet足球精(jing)準智能(neng)(neng)(neng)化(hua)學重點實驗(yan)室商紅慧(hui)教授(shou)和我系楊金(jin)龍教授(shou)團(tuan)隊(dui)與中(zhong)國(guo)(guo)科學院計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)技術(shu)研究(jiu)所劉穎高(gao)(gao)級工(gong)程師，華東師范(fan)(fan)大(da)學何曉教授(shou)等(deng)團(tuan)隊(dui)合作完成的(de)(de)研究(jiu)成果“Pushing the Limit of Quantum Mechanical Simulation to the Raman Spectra of a Biological System with 100 Million Atoms”成功入(ru)圍2024年(nian)戈登·貝爾(er)獎(jiang)，這是(shi)(shi)2024年(nian)入(ru)圍該(gai)獎(jiang)的(de)(de)唯一中(zhong)國(guo)(guo)團(tuan)隊(dui)成果，也是(shi)(shi)該(gai)團(tuan)隊(dui)繼2021年(nian)后再次入(ru)圍該(gai)獎(jiang)項。戈登·貝爾(er)獎(jiang)是(shi)(shi)國(guo)(guo)際高(gao)(gao)性能(neng)(neng)(neng)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)應(ying)(ying)用(yong)領域最高(gao)(gao)獎(jiang)，由美(mei)國(guo)(guo)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機協會（ACM）頒(ban)發，用(yong)于(yu)表彰世界范(fan)(fan)圍內高(gao)(gao)性能(neng)(neng)(neng)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)杰出成就，尤其是(shi)(shi)高(gao)(gao)性能(neng)(neng)(neng)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)應(ying)(ying)用(yong)于(yu)科學、工(gong)程和大(da)規模數據分析領域的(de)(de)創新(xin)工(gong)作，被(bei)稱為(wei)“超(chao)算(suan)(suan)(suan)領域的(de)(de)諾貝爾(er)獎(jiang)”。此前，該(gai)成果也獲得了2024年(nian)中(zhong)國(guo)(guo)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機學會(CCF)“中(zhong)國(guo)(guo)超(chao)算(suan)(suan)(suan)年(nian)度最佳應(ying)(ying)用(yong)獎(jiang)”。

入(ru)圍(wei)ACM Gorden Bell獎

獲得“中國超算年度最佳應用(yong)獎(jiang)”

拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)是(shi)研(yan)究(jiu)生物分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)結(jie)構(gou)的(de)重(zhong)要(yao)工具(ju)(ju)，被廣泛(fan)(fan)應用(yong)(yong)于(yu)藥物開發、疾(ji)病(bing)診斷等(deng)(deng)領域(yu)，然而，拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)擬(ni)計(ji)(ji)算(suan)(suan)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)巨大。此前的(de)拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)擬(ni)僅(jin)能(neng)處(chu)理(li)數千原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)小(xiao)體(ti)(ti)系，研(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)開發的(de)QF-RAMAN程(cheng)(cheng)(cheng)序突破了(le)這(zhe)(zhe)一限制，首次(ci)實(shi)(shi)現(xian)了(le)包(bao)含1億多原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)新冠病(bing)毒(du)刺突蛋(dan)白(bai)在(zai)水溶液中的(de)拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)擬(ni)，與以往工作相比取得了(le)4~5個(ge)數量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)級(ji)(ji)的(de)提(ti)升。這(zhe)(zhe)一突破的(de)實(shi)(shi)現(xian)得益于(yu)團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)在(zai)算(suan)(suan)法設計(ji)(ji)和(he)工程(cheng)(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)方(fang)面的(de)多項創新。在(zai)傳統(tong)密度泛(fan)(fan)函理(li)論(lun)(lun)（DFT）和(he)密度泛(fan)(fan)函微擾理(li)論(lun)(lun)（DFPT）計(ji)(ji)算(suan)(suan)中，計(ji)(ji)算(suan)(suan)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)隨(sui)體(ti)(ti)系規(gui)模(mo)的(de)增大呈現(xian)三(san)次(ci)方(fang)增長，這(zhe)(zhe)使(shi)得計(ji)(ji)算(suan)(suan)通常只(zhi)能(neng)局(ju)限于(yu)小(xiao)型(xing)體(ti)(ti)系。針(zhen)對(dui)以上(shang)(shang)問題(ti)，團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)開發了(le)將全(quan)電子(zi)(zi)(zi)(zi)全(quan)勢密度泛(fan)(fan)函微擾理(li)論(lun)(lun)與量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)塊算(suan)(suan)法深度融(rong)合(he)的(de)新方(fang)法，將復雜(za)生物分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)分(fen)解為(wei)多個(ge)子(zi)(zi)(zi)(zi)系統(tong)，顯(xian)著降低了(le)計(ji)(ji)算(suan)(suan)復雜(za)度。同時團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)針(zhen)對(dui)海量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)塊計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)負(fu)載均衡難(nan)(nan)題(ti)，開發了(le)分(fen)塊體(ti)(ti)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)敏感的(de)多級(ji)(ji)調度技(ji)術(shu)，提(ti)高了(le)海量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)塊計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)并行可擴展(zhan)性；針(zhen)對(dui)小(xiao)規(gui)模(mo)運(yun)(yun)算(suan)(suan)的(de)異(yi)構(gou)加速難(nan)(nan)題(ti)，設計(ji)(ji)了(le)彈性任務(wu)卸載技(ji)術(shu)，通過小(xiao)規(gui)模(mo)運(yun)(yun)算(suan)(suan)的(de)靈活聚合(he)，大幅提(ti)高異(yi)構(gou)加速器的(de)硬件(jian)利用(yong)(yong)率(lv)。此外，QF-RAMAN程(cheng)(cheng)(cheng)序采用(yong)(yong)OpenCL通用(yong)(yong)異(yi)構(gou)并行計(ji)(ji)算(suan)(suan)框(kuang)架，能(neng)在(zai)不同硬件(jian)架構(gou)(CPU、GPU、SW等(deng)(deng))的(de)超級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機上(shang)(shang)，借助(zhu)OpenCL編譯工具(ju)(ju)鏈(oneAPI、rocm、swcl等(deng)(deng))實(shi)(shi)現(xian)跨平臺(tai)運(yun)(yun)行。在(zai)最新一代(dai)神威超級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機上(shang)(shang)，該(gai)程(cheng)(cheng)(cheng)序利用(yong)(yong)96,000個(ge)計(ji)(ji)算(suan)(suan)節點（超過3,700萬(wan)個(ge)計(ji)(ji)算(suan)(suan)核心）實(shi)(shi)現(xian)了(le)399.9 PFLOP/s的(de)雙精(jing)(jing)度峰值性能(neng)；在(zai)東(dong)方(fang)超級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機上(shang)(shang)，使(shi)用(yong)(yong)6,000個(ge)節點（24,000個(ge)GPU），程(cheng)(cheng)(cheng)序也展(zhan)現(xian)了(le)85 PFLOP/s的(de)優異(yi)性能(neng)。在(zai)新一代(dai)神威超級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機上(shang)(shang)取得了(le)99%的(de)弱可擴展(zhan)性測試結(jie)果(guo)，充(chong)分(fen)展(zhan)示了(le)該(gai)方(fang)法的(de)高效性和(he)可擴展(zhan)性。在(zai)此基礎(chu)上(shang)(shang)，團(tuan)(tuan)隊(dui)(dui)提(ti)出了(le)適用(yong)(yong)于(yu)億級(ji)(ji)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)系的(de)矩(ju)陣方(fang)程(cheng)(cheng)(cheng)求解拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)的(de)新算(suan)(suan)法，避免(mian)了(le)直接對(dui)角化求解，為(wei)高精(jing)(jing)度拉(la)(la)曼光(guang)譜(pu)(pu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)提(ti)供了(le)全(quan)新方(fang)案(an)，有效解決了(le)大規(gui)模(mo)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)力(li)學拉(la)(la)曼模(mo)擬(ni)中的(de)關鍵技(ji)術(shu)難(nan)(nan)題(ti)。

這(zhe)項研(yan)究表明，量子(zi)力(li)學模(mo)擬可以(yi)擴展(zhan)到前所未有的(de)(de)(de)規(gui)模(mo)，這(zhe)也為理解(jie)復雜生(sheng)物(wu)系統開辟了(le)(le)新(xin)途徑。以(yi)新(xin)冠病毒研(yan)究為例，該方(fang)法(fa)可以(yi)精確模(mo)擬刺突(tu)蛋白的(de)(de)(de)結構(gou)特征，為深入(ru)理解(jie)病毒感染機制提供了(le)(le)科(ke)學支撐(cheng)，為藥物(wu)研(yan)發和疫苗設計貢獻了(le)(le)重要(yao)參(can)考(kao)。這(zhe)一方(fang)法(fa)還可推(tui)廣到其他重要(yao)生(sheng)物(wu)分子(zi)的(de)(de)(de)研(yan)究中，成為生(sheng)物(wu)醫學研(yan)究領(ling)域強大的(de)(de)(de)研(yan)究工具(ju)。此次技術突(tu)破(po)不僅展(zhan)示了(le)(le)中國在高(gao)性能計算和計算化學領(ling)域的(de)(de)(de)領(ling)先地(di)位，也為量子(zi)力(li)學模(mo)擬的(de)(de)(de)應用場(chang)景(jing)探索了(le)(le)全(quan)新(xin)的(de)(de)(de)可能。這(zhe)一成果(guo)為高(gao)性能計算與188bet金宝搏在线的(de)(de)(de)深度融(rong)合奠(dian)定(ding)了(le)(le)堅(jian)實的(de)(de)(de)技術基礎(chu)，將推(tui)動生(sheng)物(wu)分子(zi)模(mo)擬研(yan)究進入(ru)新(xin)階段。

相關鏈接：

[1] Honghui Shang*, Ying Liu*, Zhikun Wu, Zhenchuan Chen, Jinfeng Liu, Meiyue Shao, Yingzhou Li, Bowen Kan, Huimin Cui, Xiaobing Feng, Yunquan Zhang, Donald G. Truhlar, Hong An, Xiao He*, and Jinlong Yang*. Pushing the limit of quantum mechanical simulation to the raman spectra of a biological system with 100 million atoms. InProceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis,SC '24(GB finalist).//dl.acm.org/doi/10.1109/SC41406.2024.00011

[2]//sc24.supercomputing.org/2024/10/presenting-the-finalists-for-the-2024-gordon-bell-prize/

[3] //pichem.ustc.edu.cn/2024/1225/c34505a669757/page.htm