_ De asemenea, chimia computațională trebuie să fie sustenabilă, spun cercetătorii

Un grup divers de chimiști computaționali încurajează comunitatea de cercetare să adopte un ecosistem software durabil. Acesta este mesajul din spatele unui articol de perspectivă publicat în Journal of Chemical Theory and Computation. Autorii discută posibile scenarii de dezvoltare a software-ului în fața unui peisaj computațional în schimbare.

„Cu mai multă putere de calcul, putem examina fațete suplimentare ale chimiei”, a spus Karol Kowalski, chimist computațional la Pacific. Laboratorul Național de Nord-Vest (PNNL) și autorul corespondent al lucrării. „Cred că chimia computațională va juca un rol enorm în dezvoltarea înțelegerii noastre a proceselor chimice importante în secolul 21. Putem folosi simulări pentru a ajuta la ghidarea și scopul studiilor experimentale într-o buclă puternică.”

Paradigma de calcul. sunt în tranziție, cu sistemele pe scară largă și cuantice care devin esențiale pentru viitorul computerului. Aceste noi tehnologii vor permite cercetătorilor să rezolve probleme de chimie diferite și mai complicate. Dar odată cu noile oportunități apar și noi provocări, inclusiv crearea de software integrat care poate funcționa perfect împreună.

Există un număr din ce în ce mai mare de pachete de software specializate pentru chimie care vizează rezolvarea unor tipuri specifice de probleme. Pe măsură ce întrebările puse de chimia computațională continuă să crească în complexitate, cercetătorii trebuie să utilizeze diferite programe pentru a le rezolva. În combinație cu schimbările aduse tehnologiilor de calcul, domeniul se află într-un punct important pentru a privi în viitor.

„Trebuie să ne asigurăm că abordările noastre pot utiliza pe deplin noile evoluții în mașinile exascale, cloud computing și calculul cuantic. ”, a spus Kowalski. „Acest lucru necesită planificare pentru viitor și anticiparea noilor provocări care vor apărea.”

În articol, autorii au definit software-ul durabil ca un sistem de pachete software diferite care pot fi asamblate și utilizate ca un sistem coeziv. pentru a aborda o gamă largă de probleme de chimie.

„Pe măsură ce întrebările pe care ni le punem devin din ce în ce mai complicate, la fel devine procesul de găsire a tehnicilor adecvate pentru a le rezolva”, a spus Niri Govind, un chimist computațional PNNL și coautor al lucrării. „Trebuie să lucrăm împreună pe diferite platforme pentru a genera cele mai semnificative rezultate. A face acest lucru în mod eficient necesită stabilirea unor standarde pentru domeniu.”

Ecosistemul de chimie computațională reprezintă un teren de testare valoros pentru noi metode. Problemele cu care se confruntă chimiștii computaționali și software-ul lor nu sunt unice pentru chimie - ele pot fi găsite în eforturile de modelare științifică. Fiind unul dintre cele mai stabilite medii de calcul din știință, echipele de dezvoltare au fost constant în contact și au colaborat în ultimii ani.

Eforturile de colaborare și partajarea cunoștințelor sunt esențiale, deoarece adesea o singură problemă necesită utilizarea mai multor tipuri. de software pentru a surprinde cu acuratețe complexitatea sistemelor din lumea reală.

Adesea, echipele de cercetare se concentrează în mod restrâns în timp ce dezvoltă software care oferă noi capabilități pentru a aborda probleme specifice. Această complexitate din ce în ce mai mare a ecosistemului duce la creșterea colaborării pe măsură ce expertiza se îngustează.

Nu cu mult timp în urmă, simulările de chimie computațională au servit în primul rând ca validatori ai constatărilor experimentale. Cu toate acestea, pe măsură ce puterea de calcul a crescut, la fel a crescut și capacitatea chimiei computaționale nu doar de a valida, ci și de a rezolva probleme complexe, de a ghida și interpreta experimente și de a permite predicții.

Pe măsură ce gama de cunoștințe care pot fi obținute din chimia computațională s-a extins, aceasta a avut un cost. Cu cât o simulare este mai complicată, cu atât este nevoie de mai multă putere de calcul și mai mult timp pentru a ajunge la o soluție. Planificarea viitorului, susțin autorii, necesită abordarea cerințelor tot mai mari ale noilor probleme, adaptarea la cerințele arhitecturilor de calcul de ultimă generație și dezvoltarea interoperabilității complete.

Membri ai Institutului de Chimie Computațională și Teoretică ( CTCI) de la PNNL abordează această provocare prin soluții inovatoare, scalabile pe platformele de calcul actuale și viitoare

„Prin CTCI, am stabilit un cadru instituțional pentru a dezvolta următoarea generație de software de chimie computațională pentru clasa de conducere. facilități de calcul”, a declarat Sotiris Xantheas, director CTCI și coautor al lucrării.

„Folosind o combinație de eforturi în domeniul informaticii cu instrumente științifice noi, inteligență artificială și calcul cuantic, CTCI este gata să dezvoltarea capacităților de modelare moleculară de următoarea generație.”

Articolul de perspectivă a apărut în urma discuțiilor de la workshop-ul din 2022 „Dezvoltare și integrare software pentru chimie computațională durabilă”. Acolo, participanții au discutat despre nevoile și investițiile în infrastructura software pentru a realiza întregul potențial al resurselor de calcul emergente. Întâlnirea a reunit cercetători din întreaga comunitate de chimie computațională.

În timpul discuțiilor atelierului, dezvoltatorii și-au dat seama că se confruntă în mod constant cu probleme similare de adaptare la noile resurse de calcul și de dezvoltare a software-ului integrabil. Echipele individuale și-au dat seama că ar putea să se bazeze pe experiențele altora care au găsit deja soluții la problemele emergente.

Cercetătorii PNNL au continuat acele conversații, lucrând îndeaproape cu partenerii academicieni, de laborator național și din industrie pentru a crea noi instrumente inovatoare pentru descoperire științifică prin proiecte precum TEC4 (Transferring Exascale Computational Chemistry to Cloud Computing Environment and Emerging Hardware Technologies).

Autorii au fost de acord că dezvoltarea durabilă a software-ului permite domeniului să se miște mai rapid în toate domeniile, fără a fi necesar ca cercetătorii să facă în mod constant. reinventează corecțiile existente. Această strategie face investițiile mai eficiente, deoarece colaborarea construiește și punți de coerență internă între diferite programe. Autorii recunosc nevoia unei adaptări continue a software-ului pentru a satisface atât nevoile științifice, cât și cele hardware.

„Această lucrare vine din perspectiva noastră actuală”, a spus Govind. „Acesta nu este un plan static. Cu toții trebuie să fim pregătiți să îmbrățișăm puncte de vedere noi și în evoluție.”

(Fluierul)