高性能計(jì)算促進(jìn)理論化學(xué)研究

吉林大學(xué)理論化學(xué)計(jì)算國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是我國(guó)惟一從事理論化學(xué)研究的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。在這里，沒(méi)有試管、器皿和五顏六色的化學(xué)制劑，取而代之的是一臺(tái)臺(tái)整齊的計(jì)算機(jī)。

實(shí)驗(yàn)室主任張紅星介紹：“與實(shí)驗(yàn)化學(xué)不同，理論化學(xué)對(duì)IT技術(shù)的要求較高，具有運(yùn)算能力強(qiáng)大、多任務(wù)、可管理等優(yōu)勢(shì)的高性能計(jì)算設(shè)備是理論化學(xué)教授進(jìn)行課題研究的必備工具，直接影響著研究課題的架構(gòu)和研究方向的設(shè)置。目前，實(shí)驗(yàn)室在高性能計(jì)算應(yīng)用方面已經(jīng)走在國(guó)內(nèi)的前列，可與國(guó)際水平媲美，所有圍繞理論化學(xué)的國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目都離不開(kāi)高性能計(jì)算。實(shí)驗(yàn)室對(duì)軟硬件的配置要求較高，高性能計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到30TFLOPS。”

實(shí)驗(yàn)室技術(shù)保障部部長(zhǎng)吳迪向記者表示，受制于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)性能和一些理論方法的限制，早期的理論化學(xué)研究體系有局限性。隨著高性能計(jì)算的發(fā)展，理論化學(xué)教授可以深入研究納米體系，并向更精細(xì)的方向進(jìn)發(fā)，對(duì)外界環(huán)境等因素的充分考慮有助于研究結(jié)果更加精準(zhǔn)。如今，通過(guò)高性能計(jì)算，吉林大學(xué)的相關(guān)老師的研究得到了進(jìn)一步精細(xì)化，計(jì)算結(jié)果也更加趨近實(shí)際情況。

張紅星坦言，高性能計(jì)算提供給了實(shí)驗(yàn)室較好的研究環(huán)境，但同時(shí)也存在局部的技術(shù)困擾。例如在異構(gòu)架構(gòu)的編程方面，實(shí)驗(yàn)室也遇到了一些問(wèn)題和困擾。“例如從原來(lái)的代碼簡(jiǎn)單地移植到GPU架構(gòu)上，性能沒(méi)有想像的那么好。”

對(duì)于上述問(wèn)題，吳迪表示，希望有專業(yè)的人員與實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合作以解決異構(gòu)編程等方面的問(wèn)題。吳迪對(duì)英特爾公司即將推出的融核產(chǎn)品比較關(guān)注，“英特爾MIC產(chǎn)品如果能夠提供給用戶一個(gè)解決異構(gòu)編程的‘簡(jiǎn)單’而有效的方法，對(duì)于非專業(yè)的計(jì)算機(jī)人員將是一個(gè)非常好的發(fā)展方向。”

張紅星認(rèn)為在高性能計(jì)算推廣的過(guò)程中仍有值得進(jìn)一步改善的地方：“首先，與國(guó)外的商業(yè)軟件相比，國(guó)內(nèi)的軟件開(kāi)發(fā)還明顯落后，國(guó)內(nèi)廠商應(yīng)加強(qiáng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件的開(kāi)發(fā)力度。在吉林大學(xué)，教授們結(jié)合自己的研究課題，在發(fā)展基礎(chǔ)理論的同時(shí)，自主開(kāi)發(fā)了一系列的特色軟件，例如呂中元教授設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出多尺度耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬程序包‘DPD-JLU’；封繼康、任愛(ài)民等教授設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了可計(jì)算頻率相關(guān)的二階非線性光學(xué)系數(shù)β和三階非線性光學(xué)系數(shù)γ的理論化學(xué)軟件‘FTRNLO-JLU’，這些自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究軟件大大支持了理論化學(xué)的日常研究工作。其次，國(guó)家更應(yīng)該注重對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的支持力度。因?yàn)樵诟咝阅苡?jì)算領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌服務(wù)器的性價(jià)比已經(jīng)超過(guò)了國(guó)際廠商的產(chǎn)品，在實(shí)驗(yàn)室，我們就選用了寶德服務(wù)器。第三，從安全的角度出發(fā)，在涉及到國(guó)家機(jī)密、核心技術(shù)上更要大力推廣國(guó)產(chǎn)品牌的應(yīng)用，這樣長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展才會(huì)不受制于國(guó)外設(shè)備提供商。”

在人才儲(chǔ)備方面，張紅星主任介紹說(shuō)：“理論化學(xué)是一個(gè)很特別的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)室所招收的碩士和博士研究生要求既要有物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)，同時(shí)必須具備計(jì)算機(jī)方面的能力。在課程設(shè)置上，實(shí)驗(yàn)室會(huì)對(duì)人才進(jìn)行化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科的綜合訓(xùn)練，并注重提升其計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力，使之成為多學(xué)科交叉的人才。”