首個原子間勢函數(shù)預(yù)訓(xùn)練模型DPA-1發(fā)布 勢能函數(shù)生產(chǎn)真正進(jìn)入新范式

近日，AI for Science領(lǐng)域最大的開源社區(qū)DeepModeling舉辦了2022年社區(qū)年會。會上，北京科學(xué)智能研究院（AI for Science Institute,Beijing）聯(lián)合深勢科技，發(fā)布了首個覆蓋元素周期表近70種元素的深度勢能原子間勢函數(shù)預(yù)訓(xùn)練模型—— DPA-1。該成果由北京科學(xué)智能研究院、深勢科技、北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所共同研發(fā)。

DPA-1被譽(yù)為自然科學(xué)界的GPT。2020年，DPA-1雛形曾與預(yù)訓(xùn)練語言模型GPT-3共同入選了世界人工智能十大重要成果。DPA-1可模擬原子規(guī)模高至100億，目前已經(jīng)在高性能合金、半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)等應(yīng)用場景中證明了其領(lǐng)先性和優(yōu)越性。這一突破也是AI for Science走向大規(guī)模工程化的重要里程碑。

早在2020年，北京科學(xué)智能研究院與深勢科技團(tuán)隊(duì)通過將機(jī)器學(xué)習(xí)與高性能計(jì)算相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了1億原子第一性原理精度的分子動力學(xué)模擬，獲當(dāng)年全球高性能計(jì)算領(lǐng)域最高獎項(xiàng)“戈登·貝爾”獎。此次發(fā)布的 DPA-1，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化高性能算法，將模擬上限提升至100億原子數(shù)量級。

研究人員還通過可視化模型元素信息，發(fā)現(xiàn)其在空間呈螺旋狀分布，并且巧妙地和元素周期表中位置一一對應(yīng)，元素周期表中同周期元素沿著螺旋下降方向排列，而垂直螺旋方向則對應(yīng)著同一主族元素分布，這也證明了此預(yù)訓(xùn)練模型具有良好的可解釋性。

對于從事材料設(shè)計(jì)研究的科研人員，可基于DPA-1快速構(gòu)建高精度、方便易用的原子間勢函數(shù)模型，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行分子模擬，設(shè)計(jì)創(chuàng)新材料，洞見研究方向，減少不必要的實(shí)驗(yàn)，大幅度縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

近些年來，隨著科學(xué)界對AI for Science 研究范式的認(rèn)可和實(shí)踐，微觀科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)積累和模型探索，這為領(lǐng)域預(yù)訓(xùn)練模型構(gòu)建提供了誕生基礎(chǔ)。DPA-1利用注意力機(jī)制等構(gòu)造，大幅提高了模型遷移能力和元素容量，使用少量數(shù)據(jù)即可獲得高精度模型，顯著減少建模開銷。就像Bert的出現(xiàn)徹底改變了自然語言處理領(lǐng)域，這一預(yù)訓(xùn)練大模型的誕生意味著勢能函數(shù)的生產(chǎn)也真正進(jìn)入“預(yù)訓(xùn)練+少量數(shù)據(jù)微調(diào)”的新范式。

據(jù)悉，此成果已經(jīng)貢獻(xiàn)在 DeepModeling 開源社區(qū)，并在科學(xué)智能廣場正式公開。北京科學(xué)智能研究院與深勢科技希望基于此和全球各界人士推動建立更加開源開放的科研生態(tài)，加速領(lǐng)域內(nèi)原始創(chuàng)新的速度。

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