在麻省理工学院建立的推进预测模拟研究的中心
2021年12月31日整理发布：麻省理工学院是被选为能源部赞助计划的一部分的九所大学之一，该计划支持基于科学的建模和模拟以及百亿亿次计算技术。
了解极端环境中材料的降解是一个具有重大技术应用的科学问题，从航天到工业和核安全。
然而，它提出了一个内在挑战：研究人员无法轻松地在实验室中重现这些环境或实时观察基本的降解过程。因此，计算建模和仿真已成为帮助预测复杂材料在一系列艰苦条件下的行为不可或缺的工具
CESMIX将专注于高超音速流动环境中材料的百亿亿次模拟。它还将推动新的预测模拟范式和百亿亿级计算机科学工具的开发。图为高超音速飞行器的示意图，其中热保护所需的材料承受极端载荷。国防高级研究计划局的插图。
在麻省理工学院，一项新的研究工作旨在推进最先进的预测模拟，并在计算科学和计算机科学的交叉点塑造新的跨学科研究生教育计划。
加强与科学的接触
该中心在极端环境材料的百亿亿次模拟(CESMIX)-设在该中心的计算的MIT苏世民学院内计算科学与工程(CCSE)-将汇集在数值算法和科学计算，量子化学研究、材料科学和计算机科学将材料的量子和分子模拟与先进的编程语言、编译器技术和软件性能工程工具联系起来，并以严格的统计推断和不确定性量化方法为基础。
“CESMIX的目标之一是在计算机科学与计算科学与工程之间建立实质性的联系，这在历史上一直很难做到，但现在非常需要，”麻省理工学院施瓦茨曼计算学院院长DanielHuttenlocher说。“该中心还将为麻省理工学院的教师、研究人员和学生提供智力互动的机会，并创造不同学科的新综合体，这是学院使命的核心。”
作为首席研究员领导该项目的是航空航天学教授兼CCSE联合主任YoussefMarzouk，该中心于1月从计算工程中心更名为中心，以反映其加强与麻省理工学院科学的联系。同时也是统计和数据科学中心成员的Marzouk指出，“CESMIX正试图同时做两件事。一方面，我们希望解决一个极具挑战性的多尺度模拟问题，利用复杂材料的量子力学模型在工程规模上实现前所未有的精度。另一方面，我们希望创建工具，使相关软件堆栈的开发和整体性能工程尽可能简单，从而在下一代百亿亿级计算硬件上实现最佳性能。
该项目涉及由八名教职员工组成的跨学科团队的参与，他们担任联合PI，以及跨越MIT多个实验室和部门的研究科学家。完整的参与者名单包括：
YoussefMarzouk，PI，航空航天教授，CCSE联合主任;
SamanAmarasinghe，联合PI，计算机科学与工程教授;
AlanEdelman，联合PI，应用数学教授;
NicolasHadjiconstantinou，联合PI，机械工程教授和CCSE联合主任;
AsegunHenry，联合PI，机械工程副教授;
HeatherKulik，化学工程副教授，联合PI;
CharlesLeiserson，联合PI，EdwinSibleyWebster电气工程教授;
JaimePeraire，联合PI，HNSlater航空航天教授;
CuongNguyen，航空航天首席研究科学家;
TaoB.Schardl，计算机科学与人工智能实验室研究科学家;和
MehdiPishahang，机械工程研究科学家。
麻省理工学院是被选为预测科学学术联盟计划(PSAAP)III的一部分的总共9所大学之一，以组建一个新的中心，以支持基于科学的建模和模拟以及百亿亿次计算技术。这是PSAAP中心自2008年启动该计划以来第三次获得能源部国家核安全管理局(DoE/NNSA)的授予，也是该研究所首次入选。麻省理工学院是全国仅有的两家在这一轮中选择建立单一学科中心的机构之一，并将通过一项为期五年的合作协议获得高达950万美元的资金。
推进预测模拟
CESMIX将专注于高超音速流动环境中材料的百亿亿次模拟。它还将推动新的预测模拟范式和百亿亿级计算机科学工具的开发。研究人员将专门致力于预测复杂(无序和多组分)材料在无法直接进行实验观察的极端负载下的降解——这一应用代表了当前非常感兴趣的技术领域，也是涉及材料的一类重要科学问题的例证极端环境下的接口。
“这里的一个巨大挑战是能够预测在这些条件下会发生什么反应以及会形成什么新分子。虽然量子力学建模将使我们能够预测这些事件，但我们还需要能够解决这些过程的时间和长度尺度，”同时也是CCSE教员的Kulik说。“我们的努力将集中在开发所需的软件和机器学习工具上，这些工具告诉我们什么时候更实惠的物理模型可以解决长度尺度的挑战，以及我们什么时候需要量子力学来解决精度挑战。”
CESMIX研究人员计划通过多个开源软件项目传播他们的结果，让他们的开发人员和用户社区参与进来。该项目还将支持麻省理工学院的博士后、研究生和研究科学家的工作，其总体目标是为下一代计算科学家创造新的实践范式。
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