摘要：云计算的速度和敏捷性为在几天而不是几个月内完成高级计算化学工作流程打开了大门。...

一些计算挑战是如此之大，有必要全力以赴。这是由能源部西北国家实验室领导的科学家和计算专家组成的多样化团队，以及微软和其他国家实验室和大学的同事，正在努力使访问新兴的云计算资源来民主化。

在最近的同行评审期刊出版物中概述的这项工作为将科学计算资源转移到可持续的生态系统中提供了路线图，该系统随着技术的发展而发展。研究小组表明，云计算为有力的领导计算设施提供了敏捷，敏捷的补充，这些计算设施数十年来一直是科学计算的工作主持人。

领导跨学科工作的PNNL计算化学家Karol Kowalski说：“这是科学计算的全新范式。” “我们已经证明，可以将软件捆绑到具有云计算资源的服务中。此初始概念验证表明，云计算可以提供一个选项菜单，以补充和补充高性能计算，以解决复杂的科学问题。”

云中的可持续软件

云已经远远超出了停放照片和文件档案的地方。计算行业已将计算作为为金融和制药公司以及其他行业提供的服务。在此计划中，研究小组致力于移植到云计算密集型算法上，用于确定拟议的新化学品针对行业，高级聚合物，表面涂料和许多其他应用的可行性。

该倡议称为将Exascale计算化学转移到云计算环境和新兴硬件技术（TEC）⁴），基于从计算化学社区内到向用户端口计算资源的动力，认识到需要继续适应软件以满足科学需求和硬件演变的需求。

在他们的最新观点文章中，该团队提供了有关旧计算算法性能的信息和技术数据，例如最初在PNNL开发的流行NWCHEM软件以及旨在利用最先进的图形处理单元（GPU）体系结构的最新软件。他们的结果表明，云计算的速度和敏捷性为在几天而不是几个月内完成高级计算化学工作流程打开了门。

微软Azure量子元素的产品负责人内森·贝克（Nathan Baker）表示：“微软的目标是使科学界有能力加速科学发现。” “与PNNL的这种合作是现代AI（人工智能）和HPC工具如何推动计算化学反应的一个很好的例子。”

满足迫切需要能源解决方案

在过去的十年中，计算化学不仅可以解决复杂的科学挑战，还可以指导和解释实验，并最终启用预测。这些挑战中最复杂的挑战最好通过DOE领导力计算设施（尤其是Exascale计算功能）提供的资源来服务。

随着工具和技术的进步，到达解决方案的时间和成本也是如此。 TEC的领导团队⁴认识到，云计算和行业协作为访问计算资源提供了一些解决方案的机会。

例如，团队使用Microsoft Azure和复杂的工作流程来研究复杂化学问题的分子动力学。这些模拟对于研究难以实验观察的复杂反应很有用。这种强大的工具用于研究原子水平的分子相互作用，由于其复杂性需要大量的计算资源。在这里，研究小组展示了打破持续的环境污染物全氟辛酸的途径。这是如何使用计算化学来设计环境修复中的现实世界策略的一个例子。

Kowalski说：“我们设想了一个从低层到高层作业的用例生态系统，该生态系统利用基于GPU的计算现在被广泛用于人工智能和机器学习应用程序。” “我们希望允许用户利用不同层的计算层，仅为所需的内容付费，并使用Compute Access捆绑软件。这是迈向未来状态的第一步。”

云计算生态系统

该团队正在积极招募开发人员方和用户方的新合作者，以建立一个用户群来测试新的云生态系统。

Kowalski补充说：“我们正在建立一个代码系列。” “目标是围绕这项努力建立一个社区。”

沿着这些线路，团队概述了培训一群精通这些工具的学生的计划，并将有助于填补能够将计算技术转移到未来的科学家的需求。这项合作导致了德克萨斯大学埃尔帕索分校提供的新课程，密歇根大学和PNNL担任合作者，从2024年秋天开始。