Breaking the Molecular Dynamics Timescale Barrier Using a Wafer-Scale System

本文介绍了分子动力学模拟在材料科学、计算化学、生物物理学和药物设计等领域的应用，以及即使在超级计算机上，对于科学研究感兴趣的系统和时间尺度的运行时间仍然过长的问题。作者在Cerebras Wafer-Scale Engine上展示了分子动力学模拟的强大扩展性。通过为每个模拟的原子分配一个处理器核心，我们展示了每秒时间步数比基于Frontier GPU的Exascale平台提高了179倍，同时在单位能量的时间步数上也有了大幅改善。将每年的运行时间缩短到两天，可以解锁目前无法访问的缓慢微观结构转变过程的时间尺度，这对于理解材料行为和功能至关重要。我们的数据流算法以每秒超过270,000个时间步数的速率运行嵌入式原子方法(EAM)模拟，适用于高达800k个原子的问题。这种表现在通用处理核心中是前所未有的。

使用Cerebras Wafer-Scale Engine加速分子动力学模拟的运行时间，以便研究材料行为和功能中的微观结构转变过程。

为每个模拟的原子分配一个处理器核心，实现了MD模拟的强可扩展性，并且在每个单位能量的时间步数上实现了大幅改进。使用数据流算法，对具有多达800k原子的问题进行了EAM模拟，每秒超过270,000个时间步数。

通过使用Cerebras Wafer-Scale Engine，论文实现了MD模拟的大幅加速，使研究人员能够研究当前难以观察到的时间尺度下的材料行为和功能。实验使用了Embedded Atom Method（EAM）模拟和数据流算法。

最近的相关研究包括使用不同的硬件和算法来加速MD模拟，如GPU和FPGA加速器，以及分子动力学软件的优化。