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原文链接：https://blogs.nvidia.com/blog/ai-science-materials-discovery-sc25/
原文作者：Kibibi Moseley
为了驱动未来的技术，包括液冷数据中心、高分辨率显示屏和长寿命电池，科学家们正在寻找针对能耗、耐用性和功效等因素进行优化的新型化学物质和材料。
在圣路易斯举行的SC25大会上，英伟达（NVIDIA）推出的新一代加速数据处理流程和AI微服务正在推动化学和材料科学的发展，以支持航空航天、能源和制造等行业的应用研究。
英伟达展位上的一个演示展示了美国能源部布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的工作成果，该实验室利用 NVIDIA Holoscan AI 传感器处理平台对材料进行低于10纳米分辨率的可视化。
另一个演示重点介绍了即将加入 NVIDIA NIM 的一对微服务，它们将为批量构象搜索（batched conformer search）和批量分子动力学（batched molecular dynamics）提供高效、高吞吐量的模拟。这些过程对于在原子级别预测和模拟材料的性质至关重要。这些NIM微服务是 NVIDIA ALCHEMI 的一部分，ALCHEMI 是一套用于化学和材料科学的微服务和工具包。
日本能源公司 ENEOS 和总部位于新泽西州的 OLED 显示技术公司 Universal Display Corporation（UDC）是 NVIDIA ALCHEMI NIM 微服务的早期试用用户。
布鲁克海文国家实验室利用 NVIDIA Holoscan 加速纳米级成像
布鲁克海文国家实验室正利用国家同步辐射光源 II 期（NSLS-II）推动材料科学研究。该设施拥有数十个束线（beamlines），利用强大的 X 射线源帮助科学家研究材料特性。
NSLS-II 能够以纳米分辨率对电池、微电子和纳米颗粒超晶格等复杂材料系统进行成像。这些实验会产生大量的、必须使用先进计算方法处理的数据，科学家才能从中提取有意义的见解。
NSLS-II 的研究人员正在使用 NVIDIA Holoscan 平台对流式数据进行高带宽、高吞吐量的边缘处理，以实现实时处理。Holoscan 加速的处理流程使研究人员能够立即获得实验反馈，帮助他们更有效地运行成像工作流程。
NSLS-II 的首席束线科学家 Hanfei Yan 表示：“通过与英伟达合作将 Holoscan 集成到我们的流程中，我们现在可以在进行扫描的同时立即看到结果，而不是等待每次扫描完成。”“这项能力使我们能够即时识别感兴趣的区域，并观察测量过程中属性的变化，这对实验中的决策至关重要。”
提高图像处理效率不仅仅是为研究人员节省时间——它有助于优化 NSLS-II 等昂贵设备的运行成本。
NSLS-II 数据工程小组组长 Daniel Allan 说：“如果我们能更有效地运行实验，我们就能支持更多的用户，这反过来意味着我们可以做更多的科学研究。”“我们还看到了将此流程用于AI辅助操作的潜力——集成用于成像任务和控制的AI模型，以进行自主实验。”
ENEOS 利用浸没式冷却液和能源转换催化剂进行创新
ENEOS 正在将 NVIDIA ALCHEMI NIM 微服务应用于两个关键的能源应用：为下一代数据中心的浸没式冷却发现新液体，以及识别可用于制氢等过程的催化剂。
NVIDIA ALCHEMI NIM 用于构象搜索和分子动力学的微服务使 ENEOS 科学家能够通过计算实验对分子候选物进行预筛选，从而缩小范围，只在现实世界实验中测试最有希望的材料。这种优化节省了研发成本，同时加速了商业化进程。
通过采用 ALCHEMI，该团队发现他们在几周内评估了大约 1000 万种液体浸没候选物和 1 亿种析氧反应候选物——比之前的方法至少多出 10 倍。
ENEOS Holdings, Inc. AI 创新部门总经理 Takeshi Ibuka 表示：“我们以前没有考虑过以千万级的规模运行搜索，但 NVIDIA ALCHEMI 让我们能够出乎意料地轻松地进行广泛采样并获得更具物理真实性的结果。”“因为计算速度非常快，我们可以花更多时间进行富有成效的结果分析，而不是仅仅进行计算任务。”
Universal Display Corporation 推动下一代 OLED 屏幕发展
Universal Display Corporation (UDC) 为手表、智能手机、笔记本电脑、电脑显示器、电视、汽车和虚拟现实头显等日常产品中的显示屏发明、开发和商业化节能的有机发光二极管（OLED）材料。
借助 NVIDIA ALCHEMI，UDC 的科学家们正在预测新型 OLED 材料的特性，以驱动具有更佳性能、更高能效和更精确色彩调节的显示屏。
寻找合适的 OLED 材料涉及到搜索一个巨大的可能性空间：UDC 可以为 OLED 制造的可能分子数量非常庞大，大约是 10 的 100 次方。借助用于 AI 加速构象搜索的 ALCHEMI NIM 微服务，UDC 可以在比传统计算方法快 10,000 倍的速度下评估数十亿个候选分子。
UDC 执行副总裁兼首席技术官 Julie Brown 说：“早期，我们的工作依赖于传统的 CPU 机器，这限制了我们当时可以探索的广度，并要求我们利用专业知识和化学直觉来优先考虑最有希望的化学领域。”
Brown 说：“通过将 GPU 加速计算和 NVIDIA ALCHEMI 与我们的内部专业知识结合起来，我们可以完全改变发现的规模和速度。”“这使我们能够以前所未有的速度发现机会并快速推进新材料。”
在此初步搜索中发现的最有希望的化合物，接下来使用 ALCHEMI NIM 进行分子动力学模拟，这可以将单个模拟过程加速多达 10 倍。通过在多个 NVIDIA GPU 上并行运行工作负载，UDC 团队进一步放大了加速效果，将模拟时间从几天缩短到几秒钟。
UDC 将 NVIDIA ALCHEMI NIM 微服务应用于多个研究项目，包括开发可能显著提高能效和设备性能的蓝色磷光 OLED。
Brown 表示：“NVIDIA ALCHEMI 微服务通过消除我们对容量和吞吐量限制的担忧，并为新的化学物质提供即时反馈，从而增强了每位科学家的创造力。”“通过与英伟达的合作，我们可以放大我们的科学洞察力的影响，并显著加快新材料的发现和开发速度。这些努力不仅推动了 OLED 能力的边界——它们也为全球更可持续和节能的显示器奠定了基础。”
NVIDIA ALCHEMI 是超过 150 个 NVIDIA CUDA-X 库和框架之一，这些库和框架正在加速科学和工程领域中现实世界问题的解决。
了解更多关于 NVIDIA Holoscan 和 NVIDIA ALCHEMI 的信息，并观看英伟达高管 Ian Buck 的 SC25 对话。
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