国产开源科学计算软件的春天——ABACUS程序开发者会议见闻

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    多年前，有幸拜读了Zork的《1984，中国科学的寒冬——国产量子化学程序覆灭记》，慨伤于当年“造不如买”的大背景下国产科学计算软件的集体消亡；多年后，身处ABACUS开发者会议现场，亲身领略了ABACUS的技术突破、算法创新和广阔前景，欣喜于国产开源科学计算软件的春天已在冻土下悄然萌发。

    ABACUS是由何力新教授、任新国研究员和陈默涵研究员主导开发的，拥有完全自主知识产权的一款国产开源的密度泛函理论软件。ABACUS 可采用平面波基矢量和数值原子轨道基矢量来进行模拟计算，通过求解Kohn-Sham 方程得到材料基态电荷密度分布，并由此计算目标材料的各项物理性质。目前，ABACUS 正在发展基于机器学习辅助的泛函模型 DeePKS，为实现跨尺度的分子动力学模拟提供了强有力的基石。此外，软件研发团队还在发展适用于多场景的密度泛函理论（如适用于大尺度计算的无轨道密度泛函理论和适用于高温高压条件的随机波函数密度泛函理论）。

    ABACUS近年来用户数持续增长，在方法发展、催化机理和摩擦机理等多个领域的文章中都得到了使用。作为ABACUS的普通用户，在参加ABACUS会议时，深感软件发展这么好是不无道理的：

（一）突破了传统开发模式

    ABACUS作为开源程序，有超过30名受过工程化训练的活跃开发人员。开发者团队也在开发过程中坚持日常重构代码，保持代码的易于扩展。会议中，ABACUS的开发者们还向我们分享了不少软件开发经验，如：单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则和依赖反转原则。此外，ABACUS还发布了LTS版本，适用于使用ABACUS的已开发稳定的功能作为稳定数据生产工具的用户。这种新型开发模式保证了ABACUS的架构价值和应用价值，将来也可以遇见的可以有更稳定的更新，支持更新更稳定的理论方法。也造就了ABACUS比CP2K更好的计算效率和计算精度。

（二）AI技术的蓬勃发展

    一方面可以借助AI实现传统DFT计算无法做到的工作，如：ABACUS可以结合 DPGEN生成机器学习DP势，可以用分子力场的计算成本实现接近DFT的精度的分子动力学模拟；可以与DeepH联用得到材料的哈密顿量模型。此外，还有许多辅助工具、通用模型可以帮助高通量筛选和AI训练，本次会议中也有不少与之相关的工作，如：孙志梅教授的高通量智能计算与数据管理平台ALKEMIE、向红军教授的HamGNN 模型、孙建教授的MAGUS、HotPP、GPUMD、朱博南教授用于数据可追溯和高通量计算的AiiDA-ABACUS接口和钟志诚教授的大模型微调的工作等。

尤其惊叹于孙建教授的全GPU的机器学习metadynamic模拟算百万原子体系的相变

    另一方面，是大语言模型的发展也降低了ABACUS的学习和使用门槛，印象最深的便是刘照清前辈介绍的智能体，可以帮助用户快速了解ABACUS的使用，甚至可以通过“与大语言模型对话”的方式来完成abacus的任务提交。不久的未来，或许现在商业代算的模式便会被全面取代，有计算需求时可以直接和智能体交流，让智能体根据需求来完成相应计算。

（三）对硬件适配的重视

    ABACUS不仅能适配CPU，在GPU上也可以实现高效运算。西湖大学的余林涛前辈就自主设计了Dragonfly++ Architecture的GPU集群，用单节点4块V100的方案来完成ABACUS的运算，测试结果中，9950X3D带4个V100相当于4个64核CPU节点，表现出来极高的性价比。此外，在接下来2-3年里，ABACUS还会朝着全面适配华为、曙光、神威和天河这些平台努力，有望享受这些国产硬件的发展红利。

（四）良好的社区氛围

    ABACUS有良好的社区氛围，新人也可以很轻松的学会软件的使用。作为国产软件，程序不仅有详尽的英文文档，还有有丰富的官方中文教程和文档，比如此次培训中ABACUS开发者团队就为我们准备了清楚易懂的教程，并且发布了官方PDF中文手册。此外，ABACUS还有专属的QQ交流群（759914681），在群里不仅可以获取前文提到的中文手册等资料，并且可以在群中自由的讨论交流，遇到的疑问可以得到开发者及时的解答。

    在参加ABACUS的会议时也能感受到这种开放包容，ABACUS的会议主办方不仅资助了社区的活跃免费前来参与会议，并且在本次会议中加设了墙报环节，让年轻学生有机会展示和表达自己，也能让我这样的普通用户也可以与开发者畅聊。我在墙报环节看到了很多与ABACUS功能开发和计算应用相关的工作，让我再一次感受到了ABACUS社区的蒸蒸日上。

ABACUS的成果令人欣喜，也祝愿ABACUS越来越好～

注：Zork是历代Gaussian程序的中文版用户手册的翻译者，网名起源见《Zork之ID来历考》(出处: 计算化学公社)