Tour D'horizon De 12 Tutoriels HPC ! Du Niveau D'entrée Au Combat Réel, Couvrant De Multiples Domaines Tels Que La Simulation Moléculaire/le Calcul Des Matériaux/l'analyse Bioinformatique
Dans des domaines tels que la recherche scientifique, la simulation d’ingénierie, l’intelligence artificielle et l’analyse de big data, le calcul haute performance (HPC) joue un rôle de plus en plus important. Il améliore considérablement l'efficacité informatique grâce au traitement parallèle et à l'intégration de ressources informatiques à grande échelle, permettant de réaliser en quelques heures des tâches qui prenaient autrefois des jours.
Alors que des domaines tels que la vision par ordinateur, la simulation moléculaire, le calcul des matériaux et l'analyse bioinformatique dépendent de plus en plus des ressources informatiques, les outils informatiques grand public tels que GROMACS, LAMMPS, VASP et MATLAB sont devenus un support important pour les chercheurs scientifiques pour effectuer des simulations complexes et des analyses de données.
dans,GROMACS et LAMMPS sont actuellement les outils open source les plus populaires pour les simulations de dynamique moléculaire. GROMACS est un progiciel hautes performances pour les simulations de dynamique moléculaire. Grâce à ses capacités de calcul haute performance et à son bon support pour les molécules biologiques, il est largement utilisé dans la dynamique des protéines, le criblage de médicaments et d'autres domaines. LAMMPS est un code de simulation de dynamique moléculaire classique qui se concentre sur la modélisation des matériaux. Grâce à sa conception modulaire flexible et à sa compatibilité avec plusieurs champs de force, il est très apprécié des chercheurs en science des matériaux et en nanotechnologie. Ces outils open source sont non seulement puissants, mais également faciles à intégrer aux clusters HPC pour faciliter le calcul parallèle efficace.
En comparaison,VASP et MATLAB se concentrent davantage sur la modélisation sophistiquée et l’analyse approfondie dans des scénarios de recherche scientifique spécifiques. VASP est un logiciel axé sur les calculs de premiers principes. Il est largement utilisé dans la recherche sur la physique du solide et la structure électronique des matériaux, et fonctionne bien dans l'optimisation de la structure cristalline, l'analyse des bandes d'énergie, etc. MATLAB, avec ses puissantes capacités de calcul numérique et de visualisation, a fourni une grande commodité pour la recherche scientifique et la pratique de l'ingénierie dans des domaines tels que le traitement d'images, l'apprentissage automatique et la simulation d'ingénierie.
à l'heure actuelle,La section « Tutoriels » d'HyperAI a lancé plusieurs tutoriels autour des outils grand public ci-dessus.Des guides de démarrage aux cas concrets, les débutants comme les chercheurs/développeurs expérimentés peuvent trouver des ressources pratiques et de haute qualité. Venez découvrir la puissance du HPC !
Tutoriel sur les outils open source HPC
1. Tutoriel de démarrage GROMACS : Lysozyme dans l'eau
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/K9VVM
Ce tutoriel est un tutoriel d'introduction aux simulations de dynamique moléculaire utilisant le logiciel GROMACS. En utilisant le « lysozyme dans l’eau » comme exemple, vous apprendrez à préparer et à exécuter une simulation typique de dynamique moléculaire d’une protéine dans l’eau.
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/8wChR
Ce tutoriel est un tutoriel d'introduction pour LAMMPS : estimation du point de fusion du FCC Cu à l'aide du contrôle de température npt. Utilisez la version CPU de LAMMPS pour exécuter et expérimenter des simulations de dynamique moléculaire.
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/l1a28
Basé sur les données de recherche de Nature Medicine en 2024, ce tutoriel présente systématiquement les principes et le processus d'analyse du séquençage du transcriptome unicellulaire (scRNA-seq), couvrant les mécanismes du code-barres et de l'UMI et leur rôle clé dans l'analyse de l'expression génétique de haute précision.
Tutoriel sur les outils de recherche professionnels HPC
1. VASP Primer : Calcul de la densité d'états et des bandes d'énergie du silicium
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/ZyPGZ
Ce tutoriel est un tutoriel d'introduction à l'utilisation du logiciel VASP pour les calculs de premiers principes. En prenant comme exemple le « matériau silicium », vous apprendrez à effectuer des calculs d'optimisation de structure, de densité d'état et de bande d'énergie.
2. Calcul fonctionnel hybride VASP de la densité d'état du silicium et de la bande d'énergie
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/TCzWp
Ce tutoriel vous apprendra à utiliser les fonctionnelles hybrides pour calculer les bandes d'énergie du silicium. Les fonctionnelles hybrides peuvent calculer les bandes d'énergie et la densité d'état des matériaux avec des bandes interdites correctes, mais elles nécessitent plus de ressources de calcul, ce tutoriel utilisera donc un GPU pour la démonstration.
3. VASP : Dynamique moléculaire dans l'ensemble NVT
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/8EPQH
Ce tutoriel démontre la simulation de dynamique moléculaire sous l'ensemble NVT et présente la balise de commande principale de la dynamique moléculaire VASP : NVT. Les utilisateurs peuvent modifier les balises selon leurs besoins pour effectuer des simulations de dynamique moléculaire d’autres ensembles.
4. VASP combiné à Phonopy pour calculer la capacité thermique spécifique du silicium
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/RRHNO
Ce tutoriel utilisera un script automatisé pour démontrer le processus de calcul à l'aide de Phonopy et apprendre le processus de base du calcul de la capacité thermique spécifique : préparation de la structure de la supercellule de différence de perturbation, calcul de l'énergie totale de toutes les structures, calcul de la matrice de constante de force et calcul de la capacité thermique spécifique du silicium sur la base de la matrice de constante de force.
5. VASP combiné à Phonopy pour calculer le spectre de phonons du silicium
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/pgvsE
Ce tutoriel utilisera un script automatisé pour effectuer un processus de calcul de démonstration Phonopy et apprendre le processus de base du calcul du spectre de phonons : préparer une structure de supercellule de différence de perturbation, calculer l'énergie totale de toutes les structures, calculer la matrice de constante de force et calculer le spectre de phonons en fonction de la matrice de constante de force.
6. Utilisez VASP pour l'entraînement du champ de force par apprentissage automatique
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/DpG4T
Ce tutoriel prendra le cristal de silicium comme exemple, via la dynamique moléculaire d'ensemble NpT, pour démontrer comment entraîner le champ de force d'apprentissage automatique vasp et apprendre le processus de base de l'entraînement du champ de force d'apprentissage automatique : préparer les fichiers d'entrée de dynamique moléculaire, modifier la dynamique moléculaire et les paramètres d'apprentissage automatique en fonction des conditions réelles et effectuer une vérification simple du champ de force d'apprentissage automatique en calculant le spectre de phonons.
7. Dévoilage d'images avec MATLAB
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/9Z7Iz
Ce tutoriel utilise l'algorithme Retinex pour supprimer le brouillard des images et le combine avec l'accélération GPU pour améliorer l'efficacité du calcul, améliorant ainsi efficacement la qualité de l'image et rendant la cible plus clairement visible.
8. Utilisation de Matlab pour traiter les signaux de drones basés sur le système RFUAV
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/SZq2T
Ce tutoriel utilise MATLAB pour implémenter les processus clés du RFUAV, effectuer des tâches telles que la conversion de données, la visualisation du spectre, l'estimation du SNR et le découpage de segments, et analyser et traiter les signaux IQ du drone.
Exécutez en ligne :https://go.hyper.ai/HBwqI
Ce tutoriel est le tutoriel officiel d'Abaqus : Analyse sismique des barrages-poids en béton, qui illustre l'application typique du modèle de matériau de plasticité endommagé par le béton dans l'évaluation de la stabilité et des dommages des structures en béton sous des charges arbitraires.