Благодарение на нов изкуствен интелект стана възможно едновременното моделиране на няколко милиона атома
Въпреки че квантовата механика ръководи взаимоотношенията сред атомите и електроните, доста физични и химични феномени се случват в мащаби, които надвишават скоростта на придвижване на атомите, изяснява екипът. Постигането на такива мащаби изисква новаторски изчислителни подходи, които могат да улавят квантовите взаимоотношения бързо и тъкмо, както и паралелни архитектури, които могат да работят на суперкомютри с екзафлопна продуктивност.
Но действителните физични и химични системи имат доста по-сложна конструкция, в сравнение с изчислителните способи могат да проучат, а следената еволюция надвишава времевата канара на атомистичното моделиране.
„ Това разминаване сред решаващите фундаментални въпроси и явленията, които могат да бъдат дейно моделирани, продължава от десетилетия “, означават откривателите.
В някои случаи, изключително в региона на материалознанието, моделирането може да бъде опростено посредством делене на системата на няколко по-малки модела. Това обаче не е допустимо в науките за живота, където някои вирусни структури се състоят от милиони атоми, в допълнение към огромния брой водни молекули (необходими за моделиране на физиологичната среда).
За да съумеят да моделират доста огромен брой атоми, Борис Козински и сътрудниците му употребяват невронна мрежа, известна като еквивариантна мрежа, способна да пресмята взаимоотношенията сред атомите, като взема поради всички вероятни форми на симетричност (транслации, ротации, отражения), с цел да реализира по-точно показване на атомната геометрия. Получената архитектура, наречена Allegro, съчетава скорост, акуратност, непоклатимост и мащабируемост.
„ По този метод тя слага ново инженерно равнище за молекулярната динамичност и отваря вратата за моделиране на недостъпни до момента системи “, обобщават откривателите.
Максимален размер от 126,4 милиона атома
За да показва опциите на Allegro за еволюция, екипът първо организира симулации на динамичността на протеините в стационарно положение с дълготрайност няколко наносекунди, а по-късно минава към конструкция от 44 милиона атома, разтворени във вода (съответстваща на цялостния капсид на ХИВ), употребявайки суперкомпютъра Perlmutter. Те също по този начин моделират еволюцията на други постоянно срещани молекули, като да вземем за пример фактор IX – кръвен протеин, участващ в съсирването на кръвта, чийто ген е мутирал при хемофилия вид В, целулозата и вируса на тютюневата мозайка.
Този нов метод дава опция да се моделира с доста висока акуратност всяка конструкция, формирана от доста огромен брой атоми. Екипът оповестява за продуктивност от 100 времеви стъпки в секунда и оптимален размер от 126,4 милиона атома.
„ Ние демонстрираме великолепно мащабиране до 100 милиона атома и ниско мащабиране от 70% благодарение на 5120 графични процесора A100 “, споделят създателите на проучването.
Разбира се, методът не се лимитира единствено до биологичните молекули; той може да се употребява в региона на материалознанието.
Моделирането на молекулярна динамичност е в основата на на една нова изчислителната просвета, защото дава визия за динамичността на молекулите и материалите в атомен мащаб. Тези модели обезпечават равнище на разграничителна дарба, схващане и надзор, което нормално е невероятно да бъде реализирано единствено благодарение на опити, което ги прави извънредно мощен инструмент за подкрепяне на знанията на учените и за създаване на нови артикули.
Новата архитектура Allegro е способна да моделира динамичността на всяка атомистична конструкция, в това число поликристалните и многофазните композити, дифузията в стъклата, полимеризацията и каталитичните реакции. Бе показано, че Allegro може напълно тъкмо да изследва атомните сили от набора данни SPICE, който съдържа над един милион молекулярни структури и пептиди. По този метод той може да способства за постигането на сериозен пробив в проучването на комплицираните молекули.
Очакванията са, че в бъдеще тази архитектура ще бъде разгърната на още повече компютърни запаси, което ще ѝ разреши да реализира по-голяма мащабируемост от демонстрираната в това изследване.
С тази нова технология става допустимо да бъдат изучавани другите неорганични материали и органични молекули с невиждана към сегашен ден акуратност. Това разреши основаването на напълно нови типове материали, лекарствени препарати и още доста други.
