2020戈登

　　当地时间2020年11月19日下午，在全球高性能计算、网络、存储和分析大会上，国际高性能计算应用领域最高奖—戈登贝尔奖（ACM Gordon Bell Prize）揭晓。获得2020年ACM戈登·贝尔奖的是一支由中美科学家组成的团队。该研究团队成员共同推动完成的工作成果—“Pushing the limit of molecular dynamics with ab initio accuracy to 100 million atoms with machine learning”，实现了分子动力学领域的重要突破。在这个8人组成的研究团队中，有7名都是华人。而在7名华人中，有5位北大人。

　　他们是：北京应用物理与计算数学研究所副研究员、北京大学2002级数学科学学院本科校友王涵，美国加利福尼亚大学伯克利分校数学系副教授、北京大学2003级数学科学学院校友林霖，普林斯顿大学博士、北京大学2011级元培学院本科校友张林峰，北京大学应用物理与技术研究中心研究员陈默涵，北京大学2019级工学院工程力学专业硕士路登辉。

　　王 涵

　　王涵，2002年进入北京大学数学恐怖片科学学院学习，2006年获学士学位，2011年获博士学位，师从张平文院士。现为北京应用物理与计算数学研究所副研究员。主要研究兴趣为分子模拟中的多尺度建模与计算方法，以及基于深度学习的分子建模。曾获中国数学会计算数学分会第五届青年创新奖。

　　林 霖

　　林霖，2003年进入北京大学数学科学学院学习，2007年获学士学位，2011年于普林斯顿大学获应用数学博士学位。现为美国加利福尼亚大学伯克利分校数学系副教授，并担任劳伦斯伯克利国家实验室计算科学部研究员。长期从事数值分析、计算量子化学、计算材料科学、多尺度建模和并行计算等方面的研究。曾获2015年斯隆研究奖，2017年SIAM计算科学与工程（CSE）早期职业奖（首届）等。

　　张林峰

　　张林峰，2011年进入北京大学元培学院学习。曾担任元培学院学生学术学会首任主席，目前在普林斯顿大学攻读博士学位。本科期间，张林峰选修了数学、物理、计算机三个专业的很多课程，在科研方面也有很多成果，是元培学生在本科期间交叉学科学习的杰出代表。他目前的研究方向涉及统计物理、分子模拟和机器学习，及其在化学、生物、材料等方向的应用。

　　陈默涵

　　陈默涵，北京大学工学院力学与工程科学系助理教授、北京大学应用物理与技术研究中心研究员。 长期致力于发展基于密度泛函理论的新算法及软件，运用先进密度泛函理论研究液态水和液态金属，取得了一系列有重要意义的研究成果。

　　路登辉

　　路登辉，北京大学2019级工学院工程力学专业硕士，现为北京大学工学院力学与工程科学系助理教授、北京大学应用物理与技术研究中心研究员陈默涵研究组成员。

　　ACM评价对该团队的研究成果的评价是：

　　基于深度学习的分子动力学模拟通过机器学习和大规模并行的方法，将精确的物理建模带入了更大尺度的材料模拟中，有望在将来为力学、化学、材料、生物乃至工程领域解决实际问题（如大分子药物开发）发挥更大作用。

　　该团队的论文摘要中写道：

　　这项工作的巨大成就在于，它为从头开始准确地模拟前所未有的大小和时间尺度打开了大门，对于更好地集成机器学习和物理建模的下一代超级计算机也提出了新的挑战。

　　分子动力学方法在物理、化学、生物及材料等科学领域有着广泛的应用。在高性能计算的快速发展下，分子动力学方法已成为阐释复杂物理化学现象的重要工具。然而，计算效率和精度不可兼得是分子动力学方法长期面临的困扰。基于经验力场的分子动力学方法效率高，但精度欠缺，而基于量子力学第一性原理（例如密度泛函理论）的分子动力学方法精度较高，但其计算量大效率低。近两年来，基于深度学习的分子动力学方法较好的结合了第一性原理方法的精度和经验力场的效率，显示出了其优势并已被快速推广使用。

　　在这项工作里，该研究团队在物理建模、机器学习与高性能计算的交叉学科领域取得突破，实现了深度学习分子模拟方法软件DeepMD-kit在CPU-GPU硬件架构上的编程与超大规模并行，在美国Summit超级计算机上测试了超过一亿个原子的分子动力学模拟计算，达到了双精度91 PFLOPS，混合单精度162 PFLOPS，混合半精度275 PFLOPS的峰值浮点运算能力。研究团队还采用该方法模拟了铜纳米晶粒拉伸后产生位错的过程（如图所示），这是传统第一性原理方法无法模拟的大尺度计算。

　　铜纳米晶粒（包含一千万个原子以上）的拉伸模拟。（a）具有面心立方晶体结构的铜原子（紫色），晶界原子（黄色）。（b）沿z轴拉伸10%后的铜纳米晶粒产生位错结构（青色）

　　基于深度学习的分子动力学模拟通过机器学习和大规模并行的方法，将精确的物理建模带入了更大尺度的材料模拟中，有望在将来为力学、化学、材料、生物乃至工程领域解决实际问题发挥更大作用。

　　延 伸 阅 读：

　　ACM (Association for Computing Machinery ) 中文：国际计算机学会。ACM是一个世界性的计算机从业员专业组织，创立于1947年，是世界上第一个科学性及教育性计算机学会，目前在全世界130多个国家和地区拥有超过10万名的会员。ACM是全世界计算机领域影响力最大的专业学术组织。ACM所评选的图灵奖（A.M. Turing Award）被公认为世界计算机领域的诺贝尔奖。戈登·贝尔奖也是其中的重要奖项之一，每年颁发一次，以表彰高性能计算领域的杰出成就。

　　2016年11月17日，在美国盐湖城举行的全球超级计算大会上，现任北京大学数学科学学院教授的杨超及其合作者凭借“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”研究成果一举获得国际高性能计算应用领域最高奖戈登·贝尔奖（ACM Gordon Bell Prize），实现了中国在高性能计算应用此奖项上零突破。

　　来源：北京大学 北大人 资料来源：“新智元”、北京大学数学科学学院网站、北京大学工学院网站 责编：陈韩梅

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