Zusammenfassung Der 12 HPC-Tutorials! Vom Einstiegsniveau Bis Zum Tatsächlichen Kampf, Deckt Mehrere Bereiche Ab, Wie Etwa Molekulare Simulation/Materialberechnung/bioinformatische Analyse
In Bereichen wie wissenschaftlicher Forschung, technischer Simulation, künstlicher Intelligenz und Big Data-Analyse spielt High Performance Computing (HPC) eine immer wichtigere Rolle. Durch die Parallelverarbeitung und Integration großer Rechenressourcen wird die Rechenleistung erheblich verbessert, sodass Aufgaben, die ursprünglich Tage in Anspruch nahmen, nun in Stunden erledigt werden können.
Da Bereiche wie Computer Vision, molekulare Simulation, Materialberechnung und bioinformatische Analyse immer stärker von Rechenressourcen abhängig werden, sind gängige Rechentools wie GROMACS, LAMMPS, VASP und MATLAB für wissenschaftliche Forscher zu einer wichtigen Unterstützung bei der Durchführung komplexer Simulationen und Datenanalysen geworden.
In,GROMACS und LAMMPS sind derzeit die beliebtesten Open-Source-Tools für molekulardynamische Simulationen. GROMACS ist ein leistungsstarkes Softwarepaket für molekulardynamische Simulationen. Dank seiner Hochleistungsrechenfunktionen und der guten Unterstützung biologischer Moleküle wird es häufig in der Proteindynamik, beim Arzneimittelscreening und in anderen Bereichen eingesetzt. LAMMPS ist ein klassischer Code zur molekularen Dynamiksimulation, der sich auf die Materialmodellierung konzentriert. Aufgrund seines flexiblen modularen Designs und der Kompatibilität mit mehreren Kraftfeldern wird es von Forschern in den Materialwissenschaften und der Nanotechnologie sehr geschätzt. Solche Open-Source-Tools sind nicht nur leistungsstark, sondern lassen sich auch leicht in HPC-Cluster integrieren, um effizientes paralleles Rechnen zu ermöglichen.
Im Vergleich dazuVASP und MATLAB konzentrieren sich eher auf anspruchsvolle Modellierung und eingehende Analyse in spezifischen wissenschaftlichen Forschungsszenarien. VASP ist eine Software, deren Schwerpunkt auf Berechnungen nach den ersten Prinzipien liegt. Es wird häufig in der Festkörperphysik und der Erforschung elektronischer Materialstrukturen verwendet und eignet sich gut für die Optimierung von Kristallstrukturen, Energiebandanalysen usw. MATLAB hat mit seinen leistungsstarken numerischen Berechnungs- und Visualisierungsfunktionen die wissenschaftliche Forschung und die Ingenieurpraxis in Bereichen wie Bildverarbeitung, maschinelles Lernen und technische Simulation erheblich erleichtert.
derzeit,Im Abschnitt „Tutorials“ von HyperAI wurden mehrere Tutorials zu den oben genannten Mainstream-Tools veröffentlicht.Von Anleitungen für den Einstieg bis hin zu Fällen aus der Praxis finden sowohl Neulinge als auch erfahrene Forscher/Entwickler praktische und hochwertige Ressourcen. Kommen Sie und erleben Sie die Leistungsfähigkeit von HPC!
Tutorial zu HPC-Open-Source-Tools
1. GROMACS-Tutorial für den Einstieg: Lysozym in Wasser
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Dieses Tutorial ist ein Einführungstutorial für molekulardynamische Simulationen mit der GROMACS-Software. Am Beispiel „Lysozym in Wasser“ lernen Sie, wie Sie eine typische molekulardynamische Simulation eines Proteins in Wasser vorbereiten und durchführen.
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Dieses Tutorial ist ein Einführungstutorial für LAMMPS: Schätzung des Schmelzpunkts von FCC Cu mithilfe der NPT-Temperaturregelung. Verwenden Sie die CPU-Version von LAMMPS, um molekulardynamische Simulationen auszuführen und zu erleben.
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Basierend auf den Forschungsdaten von Nature Medicine aus dem Jahr 2024 führt dieses Tutorial systematisch in die Prinzipien und den Analyseprozess der Einzelzell-Transkriptomsequenzierung (scRNA-seq) ein und behandelt die Barcode- und UMI-Mechanismen und ihre Schlüsselrolle bei der hochpräzisen Genexpressionanalyse.
Tutorial zu professionellen HPC-Forschungstools
1. VASP-Grundlagen: Berechnung der Zustandsdichte und Energiebänder von Silizium
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Dieses Tutorial ist ein Einführungstutorial zur Verwendung der VASP-Software für Berechnungen nach ersten Prinzipien. Am Beispiel des Materials „Silizium“ erlernen Sie die Durchführung von Strukturoptimierungen, Zustandsdichte- und Energiebandberechnungen.
2. VASP-Hybridfunktionsberechnung der Siliziumzustandsdichte und des Energiebandes
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In diesem Tutorial erfahren Sie, wie Sie mithilfe von Hybridfunktionalen Silizium-Energiebänder berechnen. Hybridfunktionale können die Energiebänder und Zustandsdichte von Materialien mit korrekten Bandlücken berechnen, erfordern jedoch mehr Rechenressourcen. Daher wird in diesem Tutorial zur Demonstration eine GPU verwendet.
3. VASP: Molekulardynamik im NVT-Ensemble
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Dieses Tutorial demonstriert die molekulardynamische Simulation unter dem NVT-Ensemble und stellt den Kernbefehlstag der VASP-Molekulardynamik vor: NVT. Benutzer können Tags nach Bedarf ändern, um molekulardynamische Simulationen anderer Ensembles durchzuführen.
4. VASP kombiniert mit Phonopy zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Silizium
Online ausführen:https://go.hyper.ai/RRHNO
In diesem Lernprogramm wird mithilfe eines automatisierten Skripts der Berechnungsprozess mit Phonopy demonstriert und der grundlegende Prozess der Berechnung der spezifischen Wärmekapazität vermittelt: Vorbereiten der Störungsdifferenz-Superzellenstruktur, Berechnen der Gesamtenergie aller Strukturen, Berechnen der Kraftkonstantenmatrix und Berechnen der spezifischen Wärmekapazität von Silizium basierend auf der Kraftkonstantenmatrix.
5. VASP kombiniert mit Phonopy zur Berechnung des Phononenspektrums von Silizium
Online ausführen:https://go.hyper.ai/pgvsE
In diesem Lernprogramm wird ein automatisiertes Skript verwendet, um einen Phonopie-Demonstrationsberechnungsprozess durchzuführen und den grundlegenden Prozess der Berechnung des Phononenspektrums zu erlernen: Bereiten Sie eine Superzellenstruktur mit Störungsdifferenzen vor, berechnen Sie die Gesamtenergie aller Strukturen, berechnen Sie die Kraftkonstantenmatrix und berechnen Sie das Phononenspektrum basierend auf der Kraftkonstantenmatrix.
6. Verwenden Sie VASP für das Kraftfeldtraining für maschinelles Lernen
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In diesem Lernprogramm wird anhand des Beispiels eines Siliziumkristalls und der Molekulardynamik eines NpT-Ensembles gezeigt, wie das Kraftfeld des maschinellen Lernens von Vasp trainiert wird. Außerdem wird der grundlegende Prozess des Trainings eines Kraftfelds des maschinellen Lernens vermittelt: Vorbereiten der Eingabedateien für die Molekulardynamik, Ändern der Parameter für die Molekulardynamik und das maschinelle Lernen entsprechend den tatsächlichen Bedingungen und Durchführen einer einfachen Überprüfung des Kraftfelds des maschinellen Lernens durch Berechnung des Phononenspektrums.
Online ausführen:https://go.hyper.ai/9Z7Iz
Dieses Tutorial verwendet den Retinex-Algorithmus zum Entfernen von Nebel aus Bildern und kombiniert ihn mit GPU-Beschleunigung, um die Rechenleistung zu verbessern, die Bildqualität effektiv zu verbessern und das Ziel deutlicher sichtbar zu machen.
8. Verwenden von Matlab zur Verarbeitung von Drohnensignalen basierend auf dem RFUAV-System
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In diesem Tutorial werden MATLAB verwendet, um die wichtigsten Prozesse von RFUAV zu implementieren, Aufgaben wie Datenkonvertierung, Spektrumvisualisierung, SNR-Schätzung und Segment-Clipping durchzuführen sowie die IQ-Signale der Drohne zu analysieren und zu verarbeiten.
Online ausführen:https://go.hyper.ai/HBwqI
Bei diesem Tutorial handelt es sich um das offizielle Abaqus-Tutorial: Seismische Analyse von Betonschwerkraftdämmen. Es veranschaulicht die typische Anwendung des Materialmodells für die Plastizität von Betonschäden bei der Bewertung der Stabilität und Beschädigung von Betonstrukturen unter beliebigen Belastungen.