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Verdicchio, Marco. Molecular simulations as test beds for bridging high throughput and high performance computing

Verdicchio, Marco (2012). Molecular simulations as test beds for bridging high throughput and high performance computing.

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Résumé en francais

La forte connotation de la chimie computationnelle en termes de technologies informatiques est en même temps la force et la faiblesse des simulations moléculaires. En effet, dans le but de réaliser des études de ce type(même pour les systèmes contenant un petit nombre d'atomes), il faut d'abord procéder à des calculs de structure électronique de haut niveau. Ces calculs nécessitent généralement des nœuds (ou clusters de nœuds) équipés de mémoires de grande taille (de l'ordre de plusieurs Go), et de processeurs performants au niveau de plusieurs Gigaflops. Celà parce que la surface d'énergie potentielle ensemble (PES) qui régît le mouvement nucléaire doit être élaborée préalablement. Sur des plate-formes High Performance Computing (HPC) avec des capacités parallèles améliorées nous pouvons exécuter simultanément, sur plusieurs single (ou clusters de) processeurs multicœurs, le calculs requis par le grand nombre des valeurs d'énergie potentielles nécessaires pour décrire les PES explorés par une processus de réactivité chimique. Le véritable goulot d'étranglement dans la réalisation des calculs nécessaires, en effet, est représentée par la disponibilité d'une plate-forme informatique ayant des exigences informatiques appropriées en matière de temps de calcul et de mémoire physique. Les capacités de calcul (limitée) en général accessibles à la communauté scientifique, en fait, a toujours fixé des limites sévères à l'élaboration d'un système informatique complet de simulation a priori des processus moléculaires. Heureusement, des technologies informatiques innovantes, alliant la concurrence et la mise en réseau (tels que l'informatique distribuée, les laboratoires virtuels, le calcul intensif, le "Grid computing") ouvrent des perspectives nouvelles à la possibilité de réaliser d'importants débits de calcul et, par conséquent, de développer des simulations moléculaires a priori des systèmes réels. Les fondements théoriques et les paradigmes informatiques utilisés pour l'assemblage des composants du "Grid Empowered Molecular Simulator" (GEMS) sont décrits dans le Chapitre 1. Dans ce chapitre, nous illustrons le développement de workflows basés sur la grille, qui permettent l'évaluation ab initio des propriétés observables des systèmes chimiques petits à partir du calcul des propriétés électroniques. Dans le chapitre 2 nous abordons la question de l'interopérabilité entre codes de calcul à travers les différentes étapes du flux de travail (workflow). Ce chapitre propose les formats Q5cost et D5cost comme modèles "standard de facto" pour les calculs de chimie quantique. Le Chapitre 3 porte sur les résultats de calculs ab initio autonomes effectués sur des différents systèmes chimiques (petits clusters X_4 (X=Li,Na,K,Cu) ainsi que le dimère BeH-). Le chapitre traite des liaisons chimiques particulières et intéressantes présentes dans ces systèmes, qui nécessitent de méthodes quantiques de haut niveau à fin d'une possible rationalisation. Enfin, les chapitre 4 et 5 concernent respectivement les résultats de notre travail sur deux problèmes de combustion et la chimie atmosphérique (l'isomérisation CH3CH2OO• et la réaction N2+N2). Ils visent tous les deux à la construction des PES pour un processus réactif. Une fois la PES générée, les données cinétiques et dynamiques doivent être calculées pour un grand nombre de conditions initiales, et cela peut être fait sur des plateformes HTC. L'assemblage des workflows informatiques pour l'utilisation couplée des systèmes HPC et HTC est également traitée dans cette thèse.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Laganà, Antonio
Evangelisti, Stefano
Leininger, Thierry
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), UMR 5626
Mots-clés libres :Quantum Chemistry - Quantum Dynamics - Abinitio elctronic structures - Kinetics - High Performance Computing - High Throughptu Computing - Computing GRID
Sujets :Chimie
Déposé le :16 Jun 2014 09:30