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海纳百川的包容,绵绵不绝的创意-分子模拟软件框架SPONGE正式开源发布

 

2021年4月25,在华为开发者大会2021HDC.Cloud 2021的会场上来自北京大学化学与分子工程学院/深圳湾实验室高毅勤团队的开发人员宣布国产开源高性能分子模拟软件框架-SPONGE正式发布。

华为开发者大会发布现场

 

分子模拟作为一个重要的理论研究手段,可以在微观分子世界与宏观可观测量之间搭建桥梁,从而为人们分子水平理解物质的结构和动力学性质提供工具,其在化学化工、生物医药、能源、材料等多个领域都有广泛的应用。虽然几十年来国际学术界和工业界已发展出很多具有特色的分子模拟软件,如AMBER、CHARMM、GROMACS、LAMMPS、ACEMD和Material Studio等,但是在分子模拟领域国内一直没有成熟的自主知识产权软件。而另一方面,现有的分子模拟软件在实际应用中也尚有大量科学与技术问题没有很好解决,可靠性和效率都亟待提高。基于上述两方面原因,北京大学/深圳湾实验室高毅勤研究团队开发了SPONGESimulation Package tOward Next Generation molecular modeling),它不仅是国内首个开源发布的通用分子模拟软件框架,更布局以大数据和深度学习为代表的人工智能技术,力求成为在算力时代引领技术变革的下一代分子模拟软件平台。

SPONGE分子模拟软件的架构图

 

SPONGE首先面向基础理论研究的需要,不仅完全开源,在设计上也针对广大基础理论研究人员工作中的痛点,注重程序的模块化和开放性,使得用户可以方便进行程序的个性化定制和二次开发。SPONGE同时也注重软件的兼容性和在应用上的便捷,内置多种转换工具、分析工具和模拟流程图形化设置界面等,帮助用户进行模拟体系迁移、结果分析和可视化呈现。在计算性能方面,SPONGE则在底层针对GPU进行了深度优化,具有媲美现有主流分子动力学模拟软件的计算速度,测试中对于具有40万原子的DNA水溶液体系SPONGE可以达到20ns/天的计算速度(英伟达RTX 3090 单卡)。更为重要的是,SPONGE针对融合人工智能技术的下一代分子模拟,不仅提供Python语言接口以支持深度学习框架,更进一步与华为MindSpore开发团队深入合作,将SPONGE移植到了华为全场景人工智能框架MindSpore中,从而衍生出能与人工智能算法无缝融合的分子模拟库MindSponge,该分子模拟库已包含在MindSpore 1.2版本中发布。

SPONGE区别于其它分子模拟软件的特性

SPONGE模拟体系示例

 

  作为一款刚刚诞生的开源分子模拟软件框架,SPONGE仍有很多功能和算法需要不断的补充和完善,而作为一款面向未来的下一代分子模拟软件平台,SPONGE更需要学术界和产业界紧密合作共同努力SPONGE:海绵,这个名字其实蕴含着一个美好的寓意:海纳百川的包容,绵绵不绝的创意后续SPONGE团队将联合华为共建SPONGEMindSponge开源社区,希望吸引各界英才加入SPONGE社区,合力打造下一代人工智能分子模拟平台和良性循环的科研及应用生态,实现人工智能和分子模拟的交叉融合与创新突破。

   SPONGE的开发得到了北京大学化学与分子工程学院、深圳湾实验室、北京大学生物医学前沿创新中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心北京分子科学国家研究中心和国家自然科学基金委员会的支持。

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