Scalable Reactive Molecular Dynamics Simulations for Computational Synthesis
Scalable Reactive Molecular Dynamics Simulations for Computational Synthesis
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用于计算合成的可扩展反应分子动力学模拟
DOI：
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
P. Vashishta
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Ying Li;K. Nomura;J. Insley;V. Morozov;Kalyan Kumaran;N. A. Romero;W. Goddard;R. Kalia;A. Nakano;P. Vashishta
反应分子动力学 (MD) 模拟是描述化学反应的强大研究工具。我们用一种新颖的扩展拉格朗日方案消除了 MD 中的限速电荷迭代。扩展拉格朗日反应 MD (XRMD) 代码极大地提高了节能效果，同时大幅缩短了求解时间。此外，我们引入了一种新的可极化电荷平衡（PQEq）模型来准确预测原子电荷和极化。基于混合消息传递+多线程的 XRMD 代码在 786 432 个 IBM Blue Gene/Q 内核、676 亿原子系统上实现了 0.977 的弱扩展并行效率。该性能可移植到第二代英特尔至强融核 Knights Landing。 Blue Gene/Q 模拟通过新颖的剥离机制来合成原子薄的过渡金属二硫属化物层，从而进行材料的计算合成，这将主导本世纪的纳米材料科学。
Reactive molecular dynamics (MD) simulation is a powerful research tool for describing chemical reactions. We eliminate the speed-limiting charge iteration in MD with a novel extended-Lagrangian scheme. The extended-Lagrangian reactive MD (XRMD) code drastically improves energy conservation while substantially reducing time-to-solution. Furthermore, we introduce a new polarizable charge equilibration (PQEq) model to accurately predict atomic charges and polarization. The XRMD code based on hybrid message passing+multithreading achieves a weak-scaling parallel efficiency of 0.977 on 786 432 IBM Blue Gene/Q cores for a 67.6 billion-atom system. The performance is portable to the second-generation Intel Xeon Phi, Knights Landing. Blue Gene/Q simulations for the computational synthesis of materials via novel exfoliation mechanisms for synthesizing atomically thin transition metal dichalcogenide layers will dominate nanomaterials science in this century.