原子動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛（AKMC）方法作為核材料性能預(yù)測(cè)的核心工具，長期面臨存儲(chǔ)壓力大、通信效率低及計(jì)算時(shí)間長等瓶頸問題。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，我中心人工智能團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了新型模擬軟件MISA-AKMC（圖1），首次實(shí)現(xiàn)了2億億原子（2×1016）規(guī)模的微米級(jí)原子動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛模擬，創(chuàng)造了該領(lǐng)域模擬尺度的新紀(jì)錄。繼數(shù)值堆結(jié)構(gòu)力學(xué)、多物理耦合、中子物理等相關(guān)成果被PPoPP23和SC23發(fā)表后，又一數(shù)值堆成果被國際高性能計(jì)算頂會(huì)SC 25（CCF-A類）接收。
該成果通過三大技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破：采用晶格數(shù)據(jù)壓縮（LDC）與空位數(shù)據(jù)解壓縮（VDD）算法重構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，將內(nèi)存占用壓縮至傳統(tǒng)方法的幾十分之一；創(chuàng)新設(shè)計(jì)多級(jí)流水線架構(gòu)與按需通信轉(zhuǎn)發(fā)合并策略，顯著降低通信開銷；在16,000個(gè)GPU的超大規(guī)模并行系統(tǒng)中達(dá)成高并行效率，成功突破原子級(jí)模擬的并行計(jì)算瓶頸。
該軟件已應(yīng)用于鐵銅合金輻照損傷機(jī)制研究，成功模擬空位誘導(dǎo)溶質(zhì)析出的微觀演化過程（圖2），為核反應(yīng)堆壓力容器材料壽命預(yù)測(cè)提供了原子尺度研究工具，助力核材料安全性評(píng)估。論文第一作者為我中心人工智能部博士研究生李順德，客座學(xué)生潘志杰和副研究員聶寧明為共同第一作者，通信作者為正高級(jí)工程師王玨。
MISA-AKMC計(jì)算流程
（a）初始狀態(tài) （b）團(tuán)簇狀態(tài)空位誘導(dǎo)溶質(zhì)析出的微觀演化過程。
相關(guān)成果：
[1] Li Shunde, Pan Zhijie, Nie Ningming, Wang Jue*, Bai He, Chu Genshen, Zeng Yan, He Xinfu, Wang Yangang, Hu Changjun, Chi Xuebin. MISA-AKMC: Achieve Kinetic Monte Carlo Simulation of 20 Quadrillion Atoms on GPU Clusters. In Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC '25).
責(zé)任編輯：郎楊琴