高精度大規(guī)模“AI+超算”助力龐大系統(tǒng)的精確模擬

2023-07-06 08:46:46來源：人民郵電報(bào)

(資料圖)

人工智能技術(shù)蓬勃發(fā)展使得原子模擬精度大幅提升。在AI的幫助下，世界上強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)之一運(yùn)行了由數(shù)千萬個(gè)原子組成的精確仿真。

目前，受限于算力，對原子行為、相互作用和演化進(jìn)行詳細(xì)描述的模擬僅限于小分子的近似仿真，為目標(biāo)分子提取出的詳細(xì)特征十分有限。如今，哈佛大學(xué)的鮑里斯·科津斯基（Boris Kozinsky）和同事開發(fā)了一款名為Allegro的人工智能工具，可精確模擬由數(shù)千萬個(gè)原子組成的系統(tǒng)。

科津斯基及其團(tuán)隊(duì)使用了位列全球第八的超級計(jì)算機(jī)Perlmutter，模擬HIV蛋白質(zhì)外殼中涉及的4400萬個(gè)原子。他們還模擬了其他常見的生物分子，比如血友病患者體內(nèi)缺失的一種蛋白質(zhì)以及一種具有普遍傳播性的煙草植物病毒。

科津斯基表示：“基本上任何由原子構(gòu)成的物質(zhì)，都可以用這些方法以極高的精度進(jìn)行模擬，大規(guī)模的模擬也同樣適用。這是一個(gè)演示，但不局限于這個(gè)領(lǐng)域。”他說，該系統(tǒng)還可解決研究材料科學(xué)中的許多問題，比如電池、催化劑和半導(dǎo)體等的研究。為了能夠模擬如此大量的粒子，研究人員使用了一種名為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能來計(jì)算從每個(gè)角度都對稱的原子之間的相互作用，這一原理被稱為協(xié)變性。

同樣來自哈佛大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員艾伯特·穆薩連（Albert Musaelian）說：“當(dāng)開發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)從根本上包括這些對稱性時(shí)，那么就能在準(zhǔn)確性以及其他屬性上實(shí)現(xiàn)巨大改進(jìn)，比如模擬的穩(wěn)定性或者機(jī)器學(xué)習(xí)模型在處理更多數(shù)據(jù)時(shí)的學(xué)習(xí)速度。”

“這是編程領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，展現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)在可擴(kuò)展性方面的潛能。”劍橋大學(xué)加博爾·查尼（Gabor Csanyi）表示。談及該系統(tǒng)能否進(jìn)一步推動(dòng)生物分子研究，查尼表示，目前用于生物化學(xué)研究的系統(tǒng)在準(zhǔn)確性和運(yùn)行速度方面已有不錯(cuò)的性能，該系統(tǒng)在人工智能方面的優(yōu)勢，或?qū)⒏m用于諸如行星地核領(lǐng)域的研究，一方面其包含數(shù)量龐大的原子，另一方面涉及短時(shí)間內(nèi)的原子相互作用。

（來源：《新科學(xué)家》　作者：Alex Wilkins　翻譯：吳雙）

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