2023년 Gordon Bell Prize 발표: Frontier Supercomputer의 "양자 수준 정확도" 재료 시뮬레이션 우승자

ACM 고든 벨상은 1987년 제정되어 미국컴퓨터학회가 수여하는 상으로 슈퍼컴퓨팅계에서는 '노벨상'으로 알려져 있습니다. 이 상은 고성능 컴퓨팅 분야의 뛰어난 업적을 기리기 위해 매년 수여됩니다. 10,000달러의 상금은 고성능 병렬 컴퓨팅 분야의 선구자인 Gordon Bell에게 수여됩니다.

최근 글로벌 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스 SC23에서 2023 ACM 고든 벨상은 대규모 양자 정밀 재료 시뮬레이션을 달성한 미국과 인도 출신의 8명으로 구성된 국제 연구진에게 수여되었습니다. 관련 프로젝트의 제목은 "양자 정밀도를 이용한 대규모 재료 모델링: 금속 합금의 준결정 및 상호작용 전파 결함의 기본 시뮬레이션"입니다.

팀 구성원은 다양한 배경을 갖고 있으며 미시간 대학교, 오크리지 국립 연구소 및 인도 과학 연구소(방갈로르) 출신입니다.

상을 받은 팀 구성원입니다.

2021년에는 14명으로 구성된 중국 슈퍼컴퓨팅 응용팀이 고든벨상을 수상했습니다. 팀 구성원은 Zhijiang Laboratory, National Supercomputing Wuxi Center, Tsinghua University 및 Shanghai Quantum Science Research Center에서 왔습니다. 이 팀은 우리나라의 차세대 Sunway 슈퍼컴퓨터를 사용하여 "초대규모 양자 랜덤 회로 실시간 시뮬레이션"을 수행한 공로를 인정받아 이 상을 받았습니다. 이전에 팀은 2016년과 2017년에 2년 연속 Gordon Bell Prize를 수상했습니다.

연구 개요

우리는 분자 역학이 시스템 내 원자와 분자의 움직임을 더 잘 이해하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다는 것을 알고 있습니다. 의 과정. Ab initio(라틴어, ab initio)는 미세한 메커니즘에 대한 더 나은 이해, 재료 과학에 대한 새로운 통찰력 확보, 실험 데이터 증명 등을 포함하여 물리학 및 화학의 중요한 문제에 특히 유용한 것으로 입증된 분자 역학의 한 분야입니다.

논문을 보려면 아래 링크를 클릭하세요: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3581784.3627037

이 연구는 기계공학과 교수 Vikram이 수행했습니다. University of Michigan Gavini의 재료 과학 및 엔지니어링은 미국 에너지부 Oak Ridge 국립 연구소의 Frontier(1.14엑사플롭 HPE Cray EX 슈퍼컴퓨터)를 사용하여 슈뢰딩거 방정식의 제1원리 방법을 사용하여 시뮬레이션을 주도했습니다. 방정식은 미세한 시스템의 확률적 특성을 설명하며, 발견된 내용은 새로운 합금을 위한 후보 재료를 설계하고 약물 발견과 같은 기타 계산 설계 노력을 추진하는 데 사용될 수 있습니다. Gavini 팀은 Frontier 및 Summit 슈퍼컴퓨터에서 Dislocations에 통합 컴퓨팅 프레임워크를 사용했습니다. 또는 거의 75,000개의 원자로 구성된 마그네슘 시스템의 결함이 시뮬레이션되었습니다. 마그네슘 합금은 경량 합금으로서 유망한 후보이지만, 그 내부의 공극 전위로 인해 취성 및 균열 문제가 발생할 수 있습니다. 마그네슘 합금의 전위를 이해하면 산업용

이 기사와 이전 연구의 비교.

팀은 국가 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터의 Perlmutter 슈퍼컴퓨터를 사용하여 이터븀-카드뮴 합금의 준결정 안정성을 연구하고 있습니다.

이 계산은 양자 역학적 방법을 사용하는 방법인 밀도 범함수 이론을 기반으로 합니다. 물질의 원자 및 전자 구조를 계산하고 머신러닝을 활용해 양자 다체 계산의 정확도 수준에 접근합니다. 그들은 Frontier의 8,000개 노드를 사용했으며 최대 컴퓨팅 성능은 659.7페타플롭스

"더 높은 정확도를 달성하기 위해 노력함에 따라 사용 가능한 컴퓨팅 시스템의 수가 급격히 감소했습니다."라고 Gavini는 말했습니다. "우리는 더 작은 시스템에서 양자 다체 계산 결과를 사용하고 기계 학습을 사용하여 전자에 대한 보편적인 구성 관계를 추론합니다. 이는 더 큰 밀도 범함수 이론 계산에 사용할 수 있습니다. 이러한 방법을 결합하면 Frontier The와 같은 도구를 사용할 수 있습니다. "

이 문서에서는 양자 정밀도로 대규모 재료 시뮬레이션을 달성하는 방법에 대한 개요를 제공합니다.

이 연구는 Frontier 팀이 10년 동안 진행한 작업 중 최신 이정표입니다. 2019년 이전 연구에서는 Summit을 사용하여 10,000개 이상의 마그네슘 원자를 시뮬레이션했으며 Gordon Bell Prize에도 후보로 올랐습니다.

합금의 생산 과정에는 금속을 녹이고 혼합하는 과정이 포함됩니다. 응고 중에 형성된 결함은 재료 특성을 돕거나 손상시킬 수 있습니다. 재료의 원자 구조는 종종 전위라고 불리는 이러한 선 결함의 거동에 중요한 역할을 합니다.

알루미늄은 원자 구조 덕분에 전위와 움직임을 수용할 수 있는 가단성 금속입니다. 마그네슘의 원자 구조는 전위를 쉽게 수용할 수 없기 때문에 그 특성이 더 취약합니다

Gavini는 다음과 같이 말했습니다. "적절한 상황에서 이러한 결함은 전례 없는 특성을 생성할 수 있습니다. 이러한 결함은 왜 발생합니까? 어떻게 이를 활용할 수 있습니까? 바람직하지 않은 특성이 아닌 바람직한 특성을 얻으려면? 이전 연구에서 우리는 벌크 마그네슘의 개별 전위 에너지를 조사했습니다. 이 연구에서 우리는 마그네슘 합금의 상호 작용 확장 결함을 조사했습니다." 거의 양자 정밀도. Gavini는 이러한 방법을 광범위한 연구에 적용하기를 희망합니다.

"양자에 가까운 정밀도로 이러한 대규모 계산을 수행할 수 있다면 컴퓨터 설계를 통해 더 나은 재료를 설계하고, 약물 발견을 위한 화합물을 탐색하고, 나노입자 및 재료 시스템을 새로운 수준에서 이해할 수 있다는 의미입니다. 기능 세부 정보," Gavini 말했다. "엑사스케일 컴퓨팅과 Frontier가 없었다면 이러한 유형의 계산을 수행할 수 없었을 것입니다. 이제 수행 방법을 알았으므로 이러한 방법을 광범위하게 적용하여 다른 문제를 탐색할 수 있습니다." 이 방법은 다양한 과학 분야에서 사용될 수 있으며 항공우주에서 의학에 이르기까지 수십 년 동안 지속되어 온 몇 가지 어려운 질문에 답할 수 있습니다.

위 내용은 2023년 Gordon Bell Prize 발표: Frontier Supercomputer의 "양자 수준 정확도" 재료 시뮬레이션 우승자의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!