175
深勢科技今日宣布已經完成分子動力學模擬軟件DeePMD-kit向Graphcore（擬未）IPU硬件的遷移，表示IPU已經正式支持DeePMD-kit這一榮獲戈登貝爾獎的前沿分子動力學模型，自此，研究者可以在IPU上進行分子動力學應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在科學計算上的潛力，共同探索基于分子動力學模擬的科學計算、藥物設計、材料設計和新型能源等場景。目前，開發(fā)者已經可以在Graphcore的GitHub中獲取基于IPU硬件遷移完成的DeePMD-kit。
AI賦能HPC：DeePMD-kit為分子動力學模擬帶來顛覆性革新
DeePMD-kit是深度勢能分子動力學的開源項目。分子動力學是一套分子模擬方法，該方法主要依靠牛頓力學來模擬分子體系的運動。分子動力學在微觀世界模擬中起著承載作用，在物理、化學、生物、材料科學以及力學等領域都有著非常重要的應用。
長期以來，傳統的分子動力學面臨著一種“快而不準”和“準而不快”的難題。分子動力學的關鍵在于通過構建勢函數以精準刻畫體系中原子的受力情況。勢函數構建通常有兩類方法，一種是經驗力場，即用經驗參數擬合原子之間的受力，主要擬合的對象是實驗。這類方法的計算簡單，擴展性佳，能模擬很大的尺度。但構建勢函數的過程較長，需要花費大量時間和精力，并且擴展性不好，每加入一個新體系都需要重新構建勢函數；另一類方法則從量子力學出發(fā)，基于量子力學進行適當簡化，應用密度泛函理論和第一性原理刻畫原子受力。這類方法精確，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進行了并行化，首次實現了具有AIMD精度的第一性原理分子動力學模擬的商業(yè)與原子規(guī)模的應用，為分子動力學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，深勢科技的這一項目在2020年獲得了全球計算機高性能計算領域的最高獎項戈登貝爾獎。
“IPU硬件以及Poplar SDK環(huán)境很適合進行分子動力學模擬。我們和Graphcore共同對框架和算法進行了定制化優(yōu)化，最終實現了DeePMD-kit遷移至IPU硬件。整個遷移過程非常成功，所有DeePMD-kit推理相關的功能均能成功部署到IPU硬件上，性能得到了提升，從而實現在IPU上進行分子動力學的應用和材料模擬?！鄙顒菘萍妓惴ㄑ芯繂T路登輝說道。
IPU將先進的AI能力輸入到分子動力學
IPU（智能處理器）是Graphcore公司為機器智能工作負載從零設計的處理器，此次深勢科技將分子維度的微觀世界部署至IPU上，將先進的AI方法和硬件帶入到分子動力學這一傳統科學計算領域，這是一次意義非凡的探索，科學計算的邊界再次被推遠，更多潛能在AI的撬動下被激發(fā)。
深勢科技選擇IPU進行分子動力學任務遷移和模擬，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力學模擬發(fā)展，尤其是可以提供良好的節(jié)點間通信。“此次和Graphcore公司合作，是我們向Multi-device硬件擴張上的一個積極探索，我們發(fā)現，IPU相較于傳統的AI芯片，對于分子動力學模擬具有特殊的加速效果?！甭返禽x表示。
Poplar軟件助力分子動力學模型輕松轉移至IPU
軟件上，Graphcore Poplar SDK良好的易用性非常適合進行分子動力學模擬，開發(fā)者將DeePMD-kit轉移到IPU的過程非常輕松快速，軟件遷移成本低。
“在發(fā)現IPU架構天然適用于分子動力學之后，我們開始憂慮我們的模型任務是否可以平滑轉移至IPU上，結果在合作的早期，我們兩個實習生利用暑假閑余時間便在IPU上將DeePMD-kit運行了起來?！鄙顒菘萍妓惴ㄑ芯繂T路登輝表示，“把DeePMD-kit的算法任務從GPU轉移到IPU，就像一個工程師從C++換到Python進行編程，這個過程很美妙?！?/p>
總結來說，Graphcore與深勢科技合作的意義在于，建立了在IPU上實施分子動力學模擬軟件的技術訣竅，也證明了IPU和Poplar SDK優(yōu)秀的通用性。同時也豐富了DeePMD-kit的硬件平臺多樣性，為科學計算、藥物設計、材料設計等基于分子動力學模擬的應用場景提供了更多可能性，也為通過機器學習的方式賦能傳統物理應用提供了更多可能性。
深勢科技首席科學家張林峰表示：“實踐證明，Graphcore的IPU硬件以及相應的SDK環(huán)境非常適合分子動力學模擬，從整個開源社區(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、協作上進行更多的探索，更好地推動DeepModeling開源社區(qū)的發(fā)展?！?/p>
Graphcore大中華區(qū)總裁兼全球首席營收官盧濤表示：“Graphcore IPU面向下一代機器智能，和Poplar SDK共同設計，創(chuàng)新的架構和軟件棧使得它能夠快捷地跨領域遷移。Graphcore對DeePMD-kit的支持是Graphcore在全方位業(yè)務場景落地的又一個里程碑，也是Graphcore和合作伙伴共同建設繁榮社區(qū)的實踐之一。Graphcore將和包括深勢科技在內的合作伙伴繼續(xù)深化合作，共同推進應用落地，持續(xù)觸發(fā)創(chuàng)新?！?/p>
