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(huì)。會(huì)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(gè)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(dòng)力學(xué)模擬，獲當(dāng)年全球高性能計(jì)算領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)。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(dòng)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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