原子模擬嗰個「快唔夠」

做化學、材料、機械失效嘅原子層級模擬,一直有個兩難:精確度同成本。量子力學嘅密度泛函理論(DFT, density functional theory)夠準,但算大系統或長程模擬時,計算量會爆。傳統經典互原子潛能(interatomic potentials)快,但固定函數形式,喺唔同原子環境下準確度及通用性有限。

用神經網絡預測勢能同原子間力嘅 MLIP(machine learning interatomic potentials,機器學習互原子潛能)就填呢個缺口:用 neural network 以低成數嘅代價預測能量與力,令研究員可以研究更大系統、更長時序。

點解 MLIP 多數仲行 FP32

NVIDIA 喺 2026 年 10 月 29 日發布嘅技術博客講到,原子模擬對細小誤差好敏感,而細小誤差會隨時間累積;最明顯係喺計算「力」嗰一刻——力係由預測能量微分得出。分子動力學(molecular dynamics)入面,呢啲力每步都推動原子速度同位置更新,積少成多,所以數值精度唔止影響物理準確,仲決定軌跡穩定。

所以好多 MLIP 都繼續用 FP32 做 inference,就算 NVIDIA GPU 上低精度 Tensor Core 嘅矩陣乘法吞吐量明顯更高。

NVIDIA 拆細精度跑 Tensor Core:MLIP 唔使重訓都提速 圖片:Coolcaesar/CC BY-SA 4.0/Wikimedia Commons

Tensor Core FP32:拆細再組返

博客介紹嘅思路係將 FP32 運算元拆入低精度成分,喺 Tensor Core 上計算互乘,再喺 FP32 上重新組合成結果。呢個做法可以:

  • 提升矩陣乘法吞吐量
  • 精度接近原生 FP32
  • 唔使重訓模型,亦唔使改動模型權重或架構

測試對象:EPFL 嘅 PET

博客選咗 Lab COSMO(EPFL)開發嘅 Point Edge Transformer(PET)做測試對象。PET 係 transformer-based MLIP,大部分運行時間用喺高度優化嘅 GEMM(general matrix multiplication)上,可優化空間有限,正正係一個「硬骨頭」測試場景。

具體方法:

  • BF16x9:喺 NVIDIA Blackwell GPU 上測試
  • TF32x3:喺 NVIDIA Ampere GPU 上測試

對照項目涵蓋 kernel 層級、端到端分子動力學性能、軌跡層級行為,另加 TF32x3 嘅勢能平滑度、能量守恆同結構鬆弛。

模姐驗嚇貨

對研究圈嘅實際意義,係畀咗一個「唔使重訓、唔使改架構」嘅加速路徑——但實際揀得邊個精度、喺邊塊卡上跑,仲要自己喺自己嘅 workload 上驗證。

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