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2021年4月25日,在華為開發(fā)者大會(huì)2021(HDC.Cloud 2021)的會(huì)場(chǎng)上,來自北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院/深圳灣實(shí)驗(yàn)室高毅勤團(tuán)隊(duì)的開發(fā)人員宣布國(guó)產(chǎn)開源高性能分子模擬軟件框架-SPONGE正式發(fā)布。
華為開發(fā)者大會(huì)發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)
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分子模擬作為一個(gè)重要的理論研究手段,可以在微觀分子世界與宏觀可觀測(cè)量之間搭建橋梁,從而為人們在分子水平上理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)提供工具,其在化學(xué)化工、生物醫(yī)藥、能源、材料等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。雖然近幾十年來國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已發(fā)展出很多具有特色的分子模擬軟件,如AMBER、CHARMM、GROMACS、LAMMPS、ACEMD和Material Studio等,但是在分子模擬領(lǐng)域國(guó)內(nèi)一直沒有成熟的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件。而另一方面,現(xiàn)有的分子模擬軟件在實(shí)際應(yīng)用中也尚有大量科學(xué)與技術(shù)問題沒有很好解決,可靠性和效率都亟待提高。基于上述兩方面原因,北京大學(xué)/深圳灣實(shí)驗(yàn)室高毅勤研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了SPONGE(Simulation Package tOward Next Generation molecular modeling),它不僅是國(guó)內(nèi)首個(gè)開源發(fā)布的通用分子模擬軟件框架,更布局以大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù),力求成為在算力時(shí)代引領(lǐng)技術(shù)變革的下一代分子模擬軟件平臺(tái)。
SPONGE分子模擬軟件的架構(gòu)圖
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SPONGE首先面向基礎(chǔ)理論研究的需要,不僅完全開源,在設(shè)計(jì)上也針對(duì)廣大基礎(chǔ)理論研究人員工作中的痛點(diǎn),注重程序的模塊化和開放性,使得用戶可以方便地進(jìn)行程序的個(gè)性化定制和二次開發(fā)。SPONGE同時(shí)也注重軟件的兼容性和在應(yīng)用上的便捷,內(nèi)置多種轉(zhuǎn)換工具、分析工具和模擬流程圖形化設(shè)置界面等,幫助用戶進(jìn)行模擬體系遷移、結(jié)果分析和可視化呈現(xiàn)。在計(jì)算性能方面,SPONGE則在底層針對(duì)GPU進(jìn)行了深度優(yōu)化,具有媲美現(xiàn)有主流分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件的計(jì)算速度,測(cè)試中對(duì)于具有40萬原子的DNA水溶液體系,SPONGE可以達(dá)到20ns/天的計(jì)算速度(英偉達(dá)RTX 3090 單卡)。更為重要的是,SPONGE針對(duì)融合人工智能技術(shù)的下一代分子模擬,不僅提供Python語言接口以支持深度學(xué)習(xí)框架,更進(jìn)一步與華為MindSpore開發(fā)團(tuán)隊(duì)深入合作,將SPONGE移植到了華為全場(chǎng)景人工智能框架MindSpore中,從而衍生出能與人工智能算法無縫融合的分子模擬庫MindSponge,該分子模擬庫已包含在MindSpore 1.2版本中發(fā)布。
SPONGE區(qū)別于其它分子模擬軟件的特性
SPONGE模擬體系示例
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? 作為一款剛剛誕生的開源分子模擬軟件框架,SPONGE仍有很多功能和算法需要不斷的補(bǔ)充和完善,而作為一款面向未來的下一代分子模擬軟件平臺(tái),SPONGE更需要學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界緊密合作、共同努力。SPONGE:海綿,這個(gè)名字其實(shí)也蘊(yùn)含著一個(gè)美好的寓意:海納百川的包容,綿綿不絕的創(chuàng)意!后續(xù)SPONGE團(tuán)隊(duì)將聯(lián)合華為共建SPONGE和MindSponge開源社區(qū),希望吸引各界英才加入SPONGE社區(qū),合力打造下一代人工智能分子模擬平臺(tái)和良性循環(huán)的科研及應(yīng)用生態(tài),實(shí)現(xiàn)人工智能和分子模擬的交叉融合與創(chuàng)新突破。
?? SPONGE的開發(fā)得到了北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、深圳灣實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的支持。
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