借助高性能计算与 VeloxChem 推进量子化学研究

来自瑞典皇家理工学院 (KTH)、CSC – IT 科学中心和 AMD Silo AI 的研究人员携手合作，共同推进科学计算，为分子研究和量子化学领域的新突破奠定基础。

合作的第一阶段聚焦于 VeloxChem，这是一款专为高性能量子化学仿真而设计的软件包。研究团队已对该软件进行优化，使其能够在欧洲领先的超级计算机 LUMI 上高效运行。LUMI 基于 AMD Instinct MI250X GPU 构建，堪称世界最先进的计算基础设施之一。

通过高性能计算加速药物研发创新

研究团队成功实现 VeloxChem 扩展，使其能够充分利用 LUMI 超级计算机的全部算力。这不仅是一个重要的技术里程碑，更是量子化学领域的一项重大进步。

KTH PDC 高性能计算中心主任 Patrick Norman 教授表示：“依托 AMD 的新一代计算基础设施，以及 KTH、CSC 和 AMD Silo AI 的联合专业技术实力，我们得以将量子化学领域公认极具挑战的计算扩展能力推向了新高度。我们相信，这将对药物研发和新材料开发产生深远影响，从而加速全球创新。”

通过 LUMI 的超高算力运行 VeloxChem，可实现出色的仿真规模与精度，例如：

• 以量子力学精度对完整的蛋白-配体相互作用进行建模。

• 对包含数百至数千个原子的大规模分子系统进行建模，使研究人员能够模拟完整的药物-受体相互作用或多发色团系统，而无需过度简化量子区域。

• 高分辨率光谱模拟，对表征药物分子、理解构象变化及验证实验数据至关重要。

• 复杂极化传播子 (CPP) 理论，即使在大型系统中也能对激发态及光谱特征进行精确建模，尤其适用于光谱特征对分子拓扑结构敏感的药物-DNA 相互作用研究。

• 通过与分子动力学相结合，能够生成力场、执行 MD 模拟并分析构象集合，这些都是药物稳定性、结合亲和力及生物利用度研究的关键。

CSC – IT 科学中心科学与技术总监 Pekka Manninen 表示：“这种水平的计算能力使研究人员能够探索此前无法触及的分子系统，为药物研发、材料设计和光化学开辟全新可能性。”

此外，这也证明了 VeloxChem 已为下一代百亿亿级计算做好准备，而速度与规模的双重优化势必会加速科学发现，对药物研发产生直接影响：

• 加速先导化合物优化：通过大规模探索电子与结构特性，加速候选药物的仿真与优化。

• 提高预测准确度：高分辨率量子仿真可减少对经验模型的依赖，从而提升药物行为预测的准确性。

• 光谱指纹验证：通过将模拟光谱与实验数据进行匹配，验证分子结构及其相互作用。

• 多尺度建模：通过结合使用量子方法与传统方法，在真实生物环境中开展药物研究。

AMD Silo AI 首席执行官兼联合创始人 Peter Sarlin 表示：“VeloxChem 所支持的量子化学仿真和分子建模，使研究人员能够构建更贴近现实的物理模型，从而推动生命科学和材料科学领域的科学发现，助力解决一些全球重大挑战。”

进一步加速生命科学领域的科学进步

凭借强大综合实力，研究团队已开始探索生命科学领域的更多发展机会。

依托 KTH 在量子化学与软件开发领域的深厚专业知识、CSC 的卓越 HPC 基础设施及技术支持，以及 AMD Silo AI 在利用前沿机器学习技术提升仿真性能与预测能力方面的丰富经验，研究团队将探索 VeloxChem 与广泛使用的分子动力学软件 GROMACS 之间的协同潜力。

通过将量子力学仿真与传统仿真相结合，研究人员可以创建兼具准确性与可扩展性的混合工作流程，这对于研究酶、药物靶点等大型生物分子系统可能具有变革性意义，因为在这些系统中特定区域的量子效应至关重要。

研究团队还计划为专门的量子化学任务开发新模块、改进用户界面，并围绕 VeloxChem 构建更广泛的研究网络。 

这些努力将使不同国家/地区、不同学科的科学家能够更便捷地使用先进计算工具，同时推动量子化学及生命科学药物研发领域的重要科学创新。

关于瑞典皇家理工学院 (KTH)

自 1827 年成立以来，瑞典皇家理工学院 (KTH) 已发展成为国际领先的理工大学。作为瑞典规模最大的高等技术教育与研究机构，KTH 汇聚了来自全球的学子、研究人员与教育工作者。KTH 秉持推动科学与创新的悠久传统，致力于促进社会的可持续发展。

关于 CSC - IT 科学中心

CSC 是芬兰国家级信息通信技术 (ICT) 专业中心，致力于为科研、教育、文化、公共管理机构及企业提供世界一流服务，助力其蓬勃发展并造福社会。CSC 与 LUMI 联盟合作，在其位于芬兰卡亚尼的数据中心托管 EuroHPC 联合计划下的 LUMI 超级计算机。