CANN Lennard-Jones力场API参考

aclnnLJForce

【免费下载链接】mat-chem-sim-pred面向工业领域，聚焦计算仿真、预测两大核心场景，构建面向流程工业"机理+数据"双轮驱动的领域计算层，推动AI for Science在材料化学领域的深度应用。项目地址: https://gitcode.com/cann/mat-chem-sim-pred

作者

• 刘非(@Magic_LF)

学术指导

• 黄剑兴（@huangjianxing）

产品支持情况

功能说明

• 接口功能：实现 Lennard-Jones 力场的融合计算，一次完成距离计算、势能计算和力向量计算，适用于分子动力学模拟场景。

• 计算公式：

  Lennard-Jones 势能：

  $$ V_{LJ}(r) = 4\varepsilon \left[ \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6} \right] $$

  Lennard-Jones 力：

  $$ F_{LJ}(r) = \frac{24\varepsilon}{r} \left[ 2\left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6} \right] \cdot \frac{\vec{r}}{|r|} $$

  其中：

  • $r$ 为两原子间距离
  • $\varepsilon$ 为势阱深度
  • $\sigma$ 为零势能距离
  • $\vec{r}$ 为距离向量

函数原型

int32_t aclnnLJForceDirect( void* positionsAddr, void* forcesAddr, void* energyAddr, int32_t numAtoms, float epsilon, float sigma, float cutoff, void* workspaceAddr, uint64_t workspaceSize, void* stream );

uint64_t aclnnLJForceGetWorkspaceSize(int32_t numAtoms);

aclnnLJForceDirect

• 参数说明：

• 返回值：

  返回0表示成功，非0表示失败。

aclnnLJForceGetWorkspaceSize

• 参数说明：

• 返回值：

  返回需要在Device侧申请的workspace大小（字节）。

约束说明

• 输入坐标必须为 FLOAT32 类型
• 原子数 N 不超过 65535
• cutoff 必须大于 0
• 强制 FP32 精度计算，满足科学计算需求

调用示例

示例代码如下，仅供参考：

#include <iostream> #include <vector> #include "acl/acl.h" extern "C" int32_t aclnnLJForceDirect( void* positionsAddr, void* forcesAddr, void* energyAddr, int32_t numAtoms, float epsilon, float sigma, float cutoff, void* workspaceAddr, uint64_t workspaceSize, void* stream ); extern "C" uint64_t aclnnLJForceGetWorkspaceSize(int32_t numAtoms); int main() { // 1. 初始化设备 aclInit(nullptr); aclrtSetDevice(0); aclrtStream stream; aclrtCreateStream(&stream); // 2. 构造输入数据 const int32_t numAtoms = 64; const float epsilon = 0.0103f; // eV (Argon) const float sigma = 3.4f; // Angstrom const float cutoff = 10.0f; // Angstrom std::vector<float> positions(numAtoms * 3); // 初始化原子坐标... // 3. 分配设备内存 void *posAddr, *forcesAddr, *energyAddr, *workspaceAddr; uint64_t workspaceSize = aclnnLJForceGetWorkspaceSize(numAtoms); aclrtMalloc(&posAddr, numAtoms * 3 * sizeof(float), ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); aclrtMalloc(&forcesAddr, numAtoms * 3 * sizeof(float) + 32 * 8 * sizeof(float), ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); aclrtMalloc(&energyAddr, 32 * 8 * sizeof(float), ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); aclrtMalloc(&workspaceAddr, workspaceSize, ACL_MEM_MALLOC_HUGE_FIRST); // 4. 拷贝输入到设备 aclrtMemcpy(posAddr, numAtoms * 3 * sizeof(float), positions.data(), numAtoms * 3 * sizeof(float), ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE); // 5. 调用算子 aclnnLJForceDirect(posAddr, forcesAddr, energyAddr, numAtoms, epsilon, sigma, cutoff, workspaceAddr, workspaceSize, stream); // 6. 同步等待 aclrtSynchronizeStream(stream); // 7. 拷贝结果回主机并累加能量 std::vector<float> energy(32 * 8, 0.0f); aclrtMemcpy(energy.data(), energy.size() * sizeof(float), energyAddr, 32 * 8 * sizeof(float), ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST); float totalEnergy = 0.0f; for (int i = 0; i < 32; i++) { totalEnergy += energy[i * 8]; } // 8. 释放资源 aclrtFree(posAddr); aclrtFree(forcesAddr); aclrtFree(energyAddr); aclrtFree(workspaceAddr); aclrtDestroyStream(stream); aclrtResetDevice(0); aclFinalize(); return 0; }

性能数据

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