12 個の HPC チュートリアルのまとめ!入門レベルから実戦レベルまで、分子シミュレーション・材料計算・バイオインフォマティクス解析など多分野を網羅
科学研究、エンジニアリングシミュレーション、人工知能、ビッグデータ分析などの分野では、ハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) がますます重要な役割を果たしています。並列処理と大規模コンピューティング リソースの統合によりコンピューティング効率が大幅に向上し、従来は数日かかっていたタスクを数時間で完了できるようになります。
コンピュータービジョン、分子シミュレーション、材料計算、バイオインフォマティクス分析などの分野がコンピューティングリソースへの依存度を高めるにつれて、GROMACS、LAMMPS、VASP、MATLAB などの主要なコンピューティングツールは、科学研究者が複雑なシミュレーションやデータ分析を行うための重要なサポートになっています。
で、GROMACS と LAMMPS は現在、分子動力学シミュレーション用の最も人気のあるオープンソース ツールです。 GROMACS は、分子動力学シミュレーション用の高性能ソフトウェア パッケージです。高性能コンピューティング機能と生体分子に対する優れたサポートにより、タンパク質ダイナミクス、薬物スクリーニングなどの分野で広く使用されています。 LAMMPS は、材料モデリングに重点を置いた古典的な分子動力学シミュレーション コードです。柔軟なモジュール設計と複数の力場との互換性により、材料科学やナノテクノロジーの研究者から非常に高く評価されています。このようなオープンソース ツールは強力であるだけでなく、HPC クラスターと簡単に統合できるため、効率的な並列コンピューティングが可能になります。
それに比べて、VASP と MATLAB は、特定の科学研究シナリオにおける高度なモデリングと詳細な分析に重点を置いています。 VASP は第一原理計算に重点を置いたソフトウェアです。固体物理学や材料の電子構造研究で広く使用されており、結晶構造の最適化、エネルギーバンド解析などで優れたパフォーマンスを発揮します。強力な数値計算および視覚化機能を備えた MATLAB は、画像処理、機械学習、エンジニアリング シミュレーションなどの分野で科学研究およびエンジニアリングの実践に大きな利便性を提供してきました。
現在のところ、HyperAI の「チュートリアル」セクションでは、上記の主流ツールに関する複数のチュートリアルを公開しています。入門ガイドから実際のケースまで、初心者と経験豊富な研究者/開発者の両方が実用的で高品質のリソースを見つけることができます。 HPC の威力をぜひ体験してください。
HPCオープンソースツールチュートリアル
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/K9VVM
このチュートリアルは、GROMACS ソフトウェアを使用した分子動力学シミュレーションの入門チュートリアルです。 「水中のリゾチーム」を例に、水中のタンパク質の典型的な分子動力学シミュレーションを準備して実行する方法を学びます。
2. LAMMPS入門チュートリアル：npt温度制御を用いたFCC Cuの融点の推定
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/8wChR
このチュートリアルは、LAMMPS の入門チュートリアルです。npt 温度制御を使用して FCC Cu の融点を推定します。 LAMMPS の CPU バージョンを使用して、分子動力学シミュレーションを実行し、体験します。
3. 単一細胞トランスクリプトームシーケンス単一サンプルチュートリアル：品質管理、クラスタリング、（差分）遺伝子表示
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/l1a28
このチュートリアルでは、2024年のNature Medicineの研究データに基づいて、バーコードとUMIのメカニズム、および高精度の遺伝子発現解析におけるそれらの重要な役割を網羅しながら、シングルセルトランスクリプトームシーケンス（scRNA-seq）の原理と解析プロセスを体系的に紹介します。
HPC プロフェッショナル リサーチ ツール チュートリアル
1. VASP入門：シリコンの状態密度とエネルギーバンドの計算
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/ZyPGZ
このチュートリアルは、第一原理計算に VASP ソフトウェアを使用するための入門チュートリアルです。 「シリコン材料」を例に、構造最適化、状態密度、エネルギーバンド計算を実行する方法を学習します。
2. シリコン状態密度とエネルギーバンドのVASPハイブリッド関数計算
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/TCzWp
このチュートリアルでは、ハイブリッド関数を使用してシリコンのエネルギーバンドを計算する方法を学習します。ハイブリッド関数は、正しいバンドギャップを持つ材料のエネルギーバンドと状態密度を計算できますが、より多くのコンピューティング リソースが必要になるため、このチュートリアルではデモンストレーションに GPU を使用します。
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/8EPQH
このチュートリアルでは、NVT アンサンブルによる分子動力学シミュレーションを実演し、VASP 分子動力学のコア コマンド タグである NVT を紹介します。ユーザーは必要に応じてタグを変更し、他のアンサンブルの分子動力学シミュレーションを実行できます。
4. VASPとPhonopyを組み合わせてシリコンの比熱容量を計算する
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/RRHNO
このチュートリアルでは、自動化されたスクリプトを使用して Phonopy を使用した計算プロセスを示し、摂動差スーパーセル構造の準備、すべての構造の合計エネルギーの計算、力定数マトリックスの計算、力定数マトリックスに基づくシリコンの比熱容量の計算など、比熱容量計算の基本的なプロセスを学習します。
5. VASPとPhonopyを組み合わせてシリコンのフォノンスペクトルを計算する
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/pgvsE
このチュートリアルでは、自動化されたスクリプトを使用して Phonopy デモンストレーション計算プロセスを実行し、摂動差スーパーセル構造の準備、すべての構造の合計エネルギーの計算、力定数マトリックスの計算、力定数マトリックスに基づくフォノン スペクトルの計算という、フォノン スペクトル計算の基本的なプロセスを学習します。
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/DpG4T
このチュートリアルでは、シリコン結晶を例に、NpTアンサンブル分子動力学を通じて、vasp機械学習力場をトレーニングする方法を説明し、分子動力学入力ファイルの準備、実際の状況に応じて分子動力学と機械学習パラメータの変更、フォノンスペクトルの計算による機械学習力場の簡単な検証など、機械学習力場のトレーニングの基本的なプロセスを学習します。
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/9Z7Iz
このチュートリアルでは、Retinex アルゴリズムを使用して画像から霧を除去し、GPU アクセラレーションと組み合わせて計算効率を向上させ、画像の品質を効果的に向上させ、ターゲットをより鮮明に表示します。
8. Matlabを使用してRFUAVシステムに基づくドローン信号を処理する
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/SZq2T
このチュートリアルでは、MATLAB を使用して RFUAV の主要プロセスを実装し、データ変換、スペクトルの視覚化、SNR 推定、セグメント クリッピングなどのタスクを完了し、ドローンの IQ 信号を分析および処理します。
オンラインで実行:https://go.hyper.ai/HBwqI
このチュートリアルは、公式の Abaqus チュートリアル「コンクリート重力ダムの地震解析」であり、任意の荷重下でのコンクリート構造物の安定性と損傷を評価する際のコンクリート損傷塑性材料モデルの一般的な適用方法を示します。