Tessera شبیه‌سازی دینامیک مولکولیِ ۳۰٫۷ میلیون اتمی را روی ۵۱۲ GPU اجرا کرد

هزینهٔ محاسباتی نظریهٔ تابعی چگالی (DFT) معمولاً شبیه‌سازی را به چند هزار اتم محدود می‌کند؛ در مقابل، میدان‌های نیروی تجربی با میلیون‌ها اتم مقیاس می‌گیرند، اما ممکن است شکستن پیوندها و انتقال بار را درست بازنمایی نکنند. نویسندگان پیش‌چاپی در arXiv سامانه‌ای به نام Tessera معرفی کرده‌اند که برای اجرای توزیع‌شدهٔ مدل‌های equivariant message-passing Transformer طراحی شده است؛ مدل‌هایی که پتانسیل‌های مبتنی بر اصول نخستین را با هزینه‌ای خطی یاد می‌گیرند.

در این روش، اتم‌ها با استفاده از یک منحنی پرکنندهٔ فضا به بخش‌هایی با شمار برابر تقسیم می‌شوند تا شکل داده‌ها میان پردازنده‌ها ثابت بماند. Tessera همچنین از حاشیهٔ همسایگی محافظه‌کارانه برای حفظ ساختار همسایه‌ها بین بازسازی‌ها استفاده می‌کند و محاسبات هر بازه را در یک CUDA Graph تکرار می‌کند. نویسندگان از ترکیب این روش با کرنل‌های ادغام‌شده، جست‌وجوی همسایهٔ سه‌سطحی و هم‌پوشانی تبادل دادهٔ All-to-All خبر می‌دهند.

در آزمون مقیاس‌پذیری ضعیف روی ۵۱۲ GPU، سامانه ۳۰٫۷ میلیون اتم را با کارایی ۸۹٫۷ درصد اجرا کرد؛ کارایی گزارش‌شده در سه بار کاری به‌ازای هر GPU بین ۷۷ تا ۹۰ درصد بود. استفادهٔ دوباره از CUDA Graph زمان اجرای کامل هر گام را ۱٫۸۷ برابر کاهش داد. در مقایسه‌ای با افزایش هشت‌برابری تعداد دستگاه‌ها، هزینهٔ جست‌وجوی همسایه ۱٫۷ برابر شد؛ این مقدار برای ترتیب‌دهی Morton برابر ۳ برابر گزارش شده است.

در شبیه‌سازی محلول نمک ۱۰٫۲۴ میلیون‌اتمی، رانش انرژی NVE طی ۱۰ پیکوثانیه ۰٫۴۲ میکروالکترون‌ولت به‌ازای هر اتم در هر پیکوثانیه بود و ساختار با مرجع سری تطابق داشت. آزمایش دیگری روی کپسید ویروس Norovirus با ۱۰٫۰۶ میلیون اتم، ۱۰۰ پیکوثانیه شبیه‌سازی NVT را روی ۲۵۶ پردازندهٔ A100 با سرعت تقریبی ۸ پیکوثانیه در روز اجرا کرد. نویسندگان در ۲۰۰ هزار گام، شکستن پیوند یا جفت‌های اتمی با فاصلهٔ غیرعادی نزدیک گزارش نکردند. این نتایج در نسخهٔ پیش‌چاپ مقاله ارائه شده‌اند.