Exascale-quantenmechanische Simulationen: Die sich verändernden Gegebenheiten von Hardware und Software navigieren

Die Ära des Exascale-Computing bietet sowohl aufregende Möglichkeiten als auch einzigartige Herausforderungen für quantenmechanische Simulationen. Obwohl der Übergang von Petaflops zu Exascale-Computing durch einen stetigen Anstieg der Rechenleistung gekennzeichnet ist, erfordert der Übergang zu heterogenen Architekturen, insbesondere die dominante Rolle von Grafikeinheiten (GPUs), einen grundlegenden Wechsel in den Strategien der Softwareentwicklung. Diese Überprüfung untersucht die sich verändernde Landschaft von Hardware und Software für das Exascale-Computing und hebt die Einschränkungen traditioneller Algorithmen und Softwareimplementierungen im Hinblick auf die zunehmende Nutzung heterogener Architekturen in Hochleistungs-Systemen hervor. Wir diskutieren die Herausforderungen der Anpassung von Software für Quantenchemie an diese neuen Architekturen, einschließlich der Fragmentierung des Software-Stacks, der Notwendigkeit effizienterer Algorithmen (einschließlich reduzierter Präzisionsversionen), die auf GPUs abgestimmt sind, und der Bedeutung der Entwicklung standardisierter Bibliotheken und Programmiermodelle.