云计算的快速能力使得复杂的计算化学任务可以在几天内完成，而不是几个月。
一些计算挑战如此庞大，以至于需要一个全面的方法。这一策略由来自能源部太平洋西北国家实验室的一组科学家和计算专家与微软及其他国家实验室和学术机构的合作伙伴共同实施，旨在使新的云计算资源更易于访问。
在最近的一篇同行评审文章中讨论的这一倡议，提出了一项将科学计算资源转变为与技术进步共同发展的可持续框架的计划。研究团队展示了云计算作为传统高性能计算中心的响应性和灵活性补充，这些中心多年来对科学研究至关重要。
PNNL的计算化学家卡罗尔·科瓦尔斯基（Karol Kowalski）表示：“这代表了科学计算的全新模式，我领导的跨学科倡议展示了将软件即服务与云计算资源集成的可行性。这个初始的概念验证表明，云计算可以提供各种选项来增强和支持高性能计算，以应对复杂的科学问题。”
基于云的可持续软件
云的演变已经超越了仅仅作为照片和文档存储解决方案。计算行业正在转向为包括金融和制药在内的各个行业提供计算作为服务。在这个项目中，团队专注于将用于评估新工业化学品、高级聚合物、表面涂层以及许多其他用途的资源密集型算法迁移到云端。
这个名为将超大规模计算化学转移到云计算环境和新兴硬件技术（TEC4）的倡议，基于计算化学领域日益增长的需求，旨在向用户提供计算资源，同时承认需要对软件进行调整以满足科学需求和不断发展的硬件。
在他们最新的观点文章中，团队分享了关于传统计算算法（如最初在PNNL开发的著名NWChem软件）和最新应用（旨在利用先进图形处理单元（GPU）架构的应用）的见解和性能数据。他们的发现表明，云计算所提供的速度和灵活性使得先进的计算化学任务可以在几天内完成，而不是几个月。
微软Azure量子元素的产品负责人内森·贝克（Nathan Baker）表示：“微软的目标是赋能科学界，加速科学发现。与PNNL的合作展示了现代人工智能（AI）和高性能计算（HPC）工具如何提升计算化学。”
解决关键能源解决方案
在过去十年中，计算化学已经证明其应对复杂科学问题的能力，同时引导和解释实验并促进预测。最具挑战性的问题通常是在能源部领先的计算设施上，特别是借助超大规模计算能力来解决的。
随着工具和技术的发展，与达成解决方案相关的成本和时间也有所提高。TEC4的领导团队认识到云计算与行业合作的结合为更广泛的问题解决机会提供了途径。
例如，团队利用微软Azure和先进的工作流程来探索复杂化学问题中的分子动力学。这些模拟对于研究通过实验难以观察的复杂反应是不可或缺的。这个用于分析原子级分子相互作用的强大工具，由于其复杂性，需要大量的计算资源。研究团队展示了一种分解持久性环境污染物全氟辛酸的方法，展示了计算化学如何为环境清理提供实用策略。
科瓦尔斯基解释道：“我们设想一个从基础到高级任务的用例系统，利用当前广泛采用的基于GPU的计算，尤其是人工智能和机器学习应用。我们的目标是让用户能够利用不同的计算层次，只为必要的部分付费，整合软件与计算访问。这标志着迈向所设想未来的初步步骤。”
云计算生态系统
团队正在积极寻求来自开发和用户社区的新合作伙伴，以建立新的云生态系统的测试基础。
科瓦尔斯基补充道：“我们正在创建一个代码组合。目标是围绕这一倡议建立一个社区。”
为了支持这一目标，团队计划培训一组熟练掌握这些工具的学生，以应对能够推进计算技术的科学家的需求。该合作已导致德克萨斯大学埃尔帕索分校开发一门新课程，中央密歇根大学和PNNL的贡献将于2024年秋季开始。
