機(jī)器學(xué)習(xí)可以為材料建模提供大規(guī)模的精確電子結(jié)構(gòu)計(jì)算 尿液測(cè)試通過(guò)使用納米線捕獲癌癥DNA來(lái)識(shí)別腦腫瘤 新的激光方法可以幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的防刺穿材料 研究人員利用半導(dǎo)體材料的不尋常放置來(lái)制造納米級(jí)光源的天線 當(dāng)石墨烯作為可飽和吸收體時(shí)可以產(chǎn)生兩種類型的鎖模態(tài) 登山鞋怎么洗(登山鞋怎么洗不掉色) 一個(gè)電腦上如何登錄兩個(gè)微信或是多個(gè)微信?(一個(gè)電腦上如何登錄兩個(gè)微信或是多個(gè)微信賬號(hào)) 瑟琳娜Selina談人體里面的毒應(yīng)該怎么排出? 虹口足球場(chǎng)演唱會(huì)座位圖哪個(gè)比較好(虹口足球場(chǎng)看臺(tái)座位圖) 產(chǎn)假多少天男性(產(chǎn)假多少天) 公關(guān)是什么意思(公關(guān)是什么意思是什么飯圈) 信訪聽(tīng)證規(guī)定(信訪聽(tīng)證會(huì)程序) 三國(guó)戰(zhàn)紀(jì)2攻略大全圖解是什么#校園分享#(三國(guó)戰(zhàn)紀(jì)2手游攻略大全圖解) 如何腌制臘八蒜(如何腌制臘八蒜翠綠竅門(mén)) 四兩撥千斤的典故意思(四兩撥千斤是什么意思) 招商銀行信用卡如何查詢賬單(招商銀行信用卡如何查詢賬單日) 代賬公司是怎么做賬(代賬公司是怎么做賬的,沒(méi)有單據(jù)) 去肝火的食物大盤(pán)點(diǎn)(去肝火的食物有哪些) 微信如何給附近直播的人發(fā)私信?(微信如何給附近直播的人發(fā)私信呢) 螺旋藻的作用有哪些?(螺旋藻的作用有哪些功效) 日文轉(zhuǎn)換羅馬音在線翻譯(日文轉(zhuǎn)換) 三星GT-s5660驅(qū)動(dòng)安裝教程(三星GT-s5660) 什么樣的連體褲最時(shí)尚(什么樣的連體褲最時(shí)尚女) 運(yùn)輸企業(yè)安全生產(chǎn)費(fèi)用使用范圍(運(yùn)輸企業(yè)安全生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)使用臺(tái)賬) 怎么判斷是不是跳蚤咬的包圖片(跳蚤咬的包圖片) 手機(jī)連接wifi網(wǎng)速慢怎么辦?輕松一招解決方法(手機(jī)連接WiFi網(wǎng)速慢怎么辦) 龜背竹應(yīng)該如何養(yǎng)殖?(龜背竹應(yīng)該如何養(yǎng)殖視頻) 曖昧王菲粵語(yǔ)(曖昧王菲) 兩種方法查詢附近華為手機(jī)售后網(wǎng)點(diǎn)在哪里(華為手機(jī)怎么查找售后網(wǎng)點(diǎn)) dnf活動(dòng)稱號(hào)怎么獲得(dnf活動(dòng)稱號(hào)在哪里) 魔獸世界如何安裝地圖?魔獸世界如何下載地圖?(魔獸地圖怎么下載) 美羊羊的簡(jiǎn)筆畫(huà)如何畫(huà)?(美羊羊簡(jiǎn)筆畫(huà)簡(jiǎn)單又漂亮) 動(dòng)感超人蠟筆小新(動(dòng)感超人) 怎么關(guān)掉百度推薦?(怎么可以關(guān)閉百度的推薦) 如何開(kāi)啟攔截陌生人來(lái)電(如何開(kāi)啟攔截陌生人來(lái)電視頻) 童年趣事作文300字優(yōu)秀作文(童年趣事作文300字) 怎樣在山東聯(lián)通網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳下載電子發(fā)票(怎樣在山東聯(lián)通網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳下載電子發(fā)票申請(qǐng)) 保衛(wèi)蘿卜攻略叢林8(保衛(wèi)蘿卜攻略叢林6) 左面的英文(左面) 鍵盤(pán)各個(gè)鍵的功能用法(鍵盤(pán)各個(gè)鍵的功能介紹) 絲瓜怎么做好吃(絲瓜怎么做好吃又簡(jiǎn)單的家常做法視頻) 如何快速長(zhǎng)高?(如何快速長(zhǎng)高10厘米訣竅一個(gè)月內(nèi)) 以前年度損益調(diào)整 會(huì)計(jì)報(bào)表(以前年度損益調(diào)整在報(bào)表怎么反應(yīng)) 網(wǎng)上購(gòu)票如何付款(網(wǎng)上購(gòu)票如何付款給客戶) 安卓游戲數(shù)據(jù)包怎么放哪?分享數(shù)據(jù)包安裝教程(安卓手機(jī)游戲數(shù)據(jù)包放哪里) 青春是什么朗誦(青春是什么) 金鏟鏟之戰(zhàn)虛空斗刺陣容推薦(金鏟鏟之戰(zhàn)虛空刺客陣容) 如何通過(guò)網(wǎng)頁(yè)版百度網(wǎng)盤(pán)下載大文件(如何通過(guò)網(wǎng)頁(yè)版百度網(wǎng)盤(pán)下載大文件到桌面) 什么是預(yù)算 可愛(ài)卡通女生簡(jiǎn)筆畫(huà)(可愛(ài)卡通女生簡(jiǎn)筆畫(huà)圖片大全)

機(jī)器學(xué)習(xí)可以為材料建模提供大規(guī)模的精確電子結(jié)構(gòu)計(jì)算

導(dǎo)讀 物質(zhì)中電子的排列(稱為電子結(jié)構(gòu))在藥物設(shè)計(jì)和能量存儲(chǔ)等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而,缺乏在不同時(shí)間和長(zhǎng)度尺度上提供...

物質(zhì)中電子的排列(稱為電子結(jié)構(gòu))在藥物設(shè)計(jì)和能量存儲(chǔ)等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而,缺乏在不同時(shí)間和長(zhǎng)度尺度上提供高保真度和可擴(kuò)展性的模擬技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)一直是這些技術(shù)進(jìn)步的障礙。

德國(guó)格爾利茨亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫中心(HZDR)高級(jí)系統(tǒng)理解中心(CASUS)和美國(guó)新墨西哥州阿爾伯克基桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員現(xiàn)已開(kāi)創(chuàng)了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模擬方法取代傳統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)。

他們的材料學(xué)習(xí)算法(MALA)軟件堆棧可以訪問(wèn)以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)度尺度。該工作發(fā)表在《npj計(jì)算材料》雜志上。

電子是具有根本重要性的基本粒子。它們之間以及與原子核之間的量子力學(xué)相互作用產(chǎn)生了化學(xué)和材料科學(xué)中觀察到的多種現(xiàn)象。了解和控制物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)可以深入了解分子的反應(yīng)性、行星內(nèi)的結(jié)構(gòu)和能量傳輸以及材料失效的機(jī)制。

科學(xué)挑戰(zhàn)越來(lái)越多地通過(guò)計(jì)算建模和模擬、利用高性能計(jì)算的能力來(lái)解決。然而,實(shí)現(xiàn)具有量子精度的真實(shí)模擬的一個(gè)重大障礙是缺乏將高精度與跨不同長(zhǎng)度和時(shí)間尺度的可擴(kuò)展性結(jié)合起來(lái)的預(yù)測(cè)建模技術(shù)。

經(jīng)典原子模擬方法可以處理大型復(fù)雜系統(tǒng),但其對(duì)量子電子結(jié)構(gòu)的省略限制了其適用性。相反,不依賴于經(jīng)驗(yàn)建模和參數(shù)擬合(第一原理方法)等假設(shè)的模擬方法提供了高保真度,但計(jì)算要求較高。例如,密度泛函理論(DFT)是一種廣泛使用的第一原理方法,它表現(xiàn)出隨系統(tǒng)尺寸的三次縮放,從而將其預(yù)測(cè)能力限制在小尺度上。

基于深度學(xué)習(xí)的混合方法

研究人員團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在提出了一種新穎的模擬方法,稱為材料學(xué)習(xí)算法(MALA)軟件堆棧。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中,軟件堆棧是算法和軟件組件的集合,它們組合在一起創(chuàng)建用于解決特定問(wèn)題的軟件應(yīng)用程序。

倫茨·費(fèi)德勒博士CASUS的學(xué)生和MALA的主要開(kāi)發(fā)人員解釋說(shuō):“MALA將機(jī)器學(xué)習(xí)與基于物理的方法相結(jié)合來(lái)預(yù)測(cè)材料的電子結(jié)構(gòu)。它采用了一種混合方法,利用一種稱為深度學(xué)習(xí)的既定機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)局部量,并輔以用于計(jì)算感興趣的全局量的物理算法。”

MALA軟件堆棧將空間中原子的排列作為輸入,并生成稱為雙譜分量的指紋,對(duì)笛卡爾網(wǎng)格點(diǎn)周圍原子的空間排列進(jìn)行編碼。MALA中的機(jī)器學(xué)習(xí)模型經(jīng)過(guò)訓(xùn)練,可以根據(jù)該原子鄰域預(yù)測(cè)電子結(jié)構(gòu)。MALA的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠獨(dú)立于系統(tǒng)規(guī)模,使其能夠根據(jù)小型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練并以任何規(guī)模進(jìn)行部署。

研究小組在其出版物中展示了這一策略的顯著有效性。與傳統(tǒng)算法相比,對(duì)于由多達(dá)數(shù)千個(gè)原子組成的較小系統(tǒng)規(guī)模,他們實(shí)現(xiàn)了1,000倍以上的加速。此外,該團(tuán)隊(duì)還證明了MALA能夠準(zhǔn)確執(zhí)行大規(guī)模電子結(jié)構(gòu)計(jì)算,涉及超過(guò)100,000個(gè)原子。值得注意的是,這一成就是通過(guò)適度的計(jì)算工作實(shí)現(xiàn)的,揭示了傳統(tǒng)DFT代碼的局限性。

CASUS極端條件下物質(zhì)部門(mén)代理系主任AttilaCangi解釋道:“隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大和涉及的原子數(shù)量的增加,DFT計(jì)算變得不切實(shí)際,而MALA的速度優(yōu)勢(shì)不斷增強(qiáng)。MALA的關(guān)鍵突破在于其“能夠在本地原子環(huán)境中運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)值預(yù)測(cè),并且受系統(tǒng)尺寸的影響最小。這一突破性的成就開(kāi)啟了曾經(jīng)被認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算可能性。”

預(yù)計(jì)將推動(dòng)應(yīng)用研究

Cangi旨在利用機(jī)器學(xué)習(xí)突破電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的界限。“我們預(yù)計(jì)MALA將引發(fā)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的變革,因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在有一種方法可以以前所未有的速度模擬更大的系統(tǒng)。未來(lái),研究人員將能夠基于顯著的計(jì)算能力解決廣泛的社會(huì)挑戰(zhàn)。改善基線,包括開(kāi)發(fā)新疫苗和新型儲(chǔ)能材料、對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行大規(guī)模模擬、研究材料缺陷以及探索將大氣溫室氣體二氧化碳轉(zhuǎn)化為氣候友好礦物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。”

此外,MALA的方法特別適合高性能計(jì)算(HPC)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增長(zhǎng),MALA可以在其使用的計(jì)算網(wǎng)格上進(jìn)行獨(dú)立處理,從而有效地利用HPC資源,特別是圖形處理單元。

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家兼并行計(jì)算專家SivaRajamanickam解釋說(shuō):“MALA的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算算法很好地映射到具有分布式加速器的現(xiàn)代HPC系統(tǒng)。分解工作并跨不同網(wǎng)格點(diǎn)并行執(zhí)行的能力加速器使MALA成為HPC資源上可擴(kuò)展機(jī)器學(xué)習(xí)的理想選擇,從而在電子結(jié)構(gòu)計(jì)算中實(shí)現(xiàn)無(wú)與倫比的速度和效率。”

標(biāo)簽:

免責(zé)聲明:本文由用戶上傳,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除!

最新文章