美国能源部开发出超高速exascale计算系统：用于催化化学研究

美国能源部的Ames实验室正在启动一项为期四年，耗资320万美元的项目，该项目旨在开发一种能够将电脑的强大功能用于催化材料的计算研究的软件。

艾姆斯实验室科学家Mark Gordon，还有爱荷华州立大学Francis M. Craig杰出化学教授，将领导该实验室的项目。Old Dominion大学，佐治亚理工学院，弗吉尼亚理工大学和EP分析都是这个项目的合作机构。

Gordon说，该项目背后的科学灵感来源于介孔纳米粒子，它是实验室化学和生物科学部门的专业领域。丰富的微小空心圆柱体就是孔隙，它们在活动部位的少量空间内形成了巨大的表面区域，以加速化学反应的速度，称为催化作用。它们是一个可以针对各种应用进行改性的巨大平台，例如替代燃料，生物传感，热能储存等。

Gordon说,理解这些反应是改制和扩展其潜在应用的关键。

目前，计算化学专家使用片段分子轨道方法（FMO），将复杂的模型系统分解为更小，更简单的任务，花费更少的时间进行计算。但是，复杂系统中的过多简化会导致预测反应机制的错误。

为了解决这些缺点并将软件功能扩展到电脑能够提供每秒亿亿次计算的运算速度，可能在未来十年内，Ames实验室及其合作伙伴将改进现有的名为GAMESS（通用原子和分子电子结构系统）的软件程序。该软件由Gordon，他的研究小组成员和全球计算化学研究界开发。

Gordon说，“实验主义者想要了解这些孔洞中发生的情况，这些毛孔是2到4纳米宽， 预测这些反应的分子动力学所需的计算次数随其复杂性呈指数级增长。现在，他们只是不可行，但是Exascale计算将改变这一切。“

该项目是由美国能源部资助的一项2160万美元的大型项目中的一部分，旨在开发用于设计新化学物质和化学过程以及一系列其他潜在应用的先进软件。

这些项目的一个主要目标是充分利用国家最先进的计算机，包括达到橡树岭国家实验室最高运算速度高峰的，最近在世界上排名最高的，目前在美国能源部国家实验室部署的所谓“千万亿次级petascale”计算机，以及预计将在下一个十年开始部署的更快的“exascale”机器。Petascale机器能够进行至少每秒一千万亿（1015）次计算，而计划于2021年在阿贡国家实验室部署的亿亿次级exascale计算机将能够进行速度为至少每秒1018次的计算。

文章来源：nanowerk，原文题目：Coming soon to exascale computing: Software for chemistry of catalysis，由材料科技在线团队编译。