2024年11月30日，GPUMD 成功举办了首次线上开发者会议。此次会议汇集了来自全国各地的研究者和开发者，共同探讨了 GPUMD 的现状、未来规划以及新功能的开发方向。会议由 GPUMD 的维护者樊哲勇博士主持，众多开发者积极参与，会议取得了圆满成功。
一、GPUMD 现状与发展
自 2017 年 8 月发布 1.0 版本以来，GPUMD 经过快速发展，现已成为分子动力学模拟领域的重要工具。截至今年 8 月，最新发布的 3.9.5 版本代码行数已从最初的约 1 万行增长到 6 万多行。GPUMD 的代码托管在 GitHub 上，所有开发者均以自愿方式参与贡献，可随时加入或退出。在过去的几年中，GPUMD 不断优化和扩展，具有运行速度快、功能丰富的特点，并致力于降低外部依赖，为用户提供简洁高效的模拟体验。
二、开发者手册与开发环境
为帮助新、老开发者更好地参与 GPUMD 的开发，团队编写了详细的开发者手册，涵盖了代码管理、提交 Pull Request、开发环境搭建等内容。开发者可在 Windows 和 Linux 环境下进行开发，需熟悉 C++ 和 CUDA 等编程语言。GPUMD 的开发强调代码管理和审核，所有代码更改均需通过 GitHub 的 Pull Request 提交，并由其他开发者审核。此举既保证了代码质量，也促进了开发者之间的交流和学习。
三、模块化的代码架构
GPUMD 的代码采用了高度模块化的设计，主要分为以下几个部分：
势函数模块
负责计算体系的能量和力，包括各种势函数的实现，如NEP、 SW、EAM、LJ 等。
积分模块
实现了不同的积分方法和动力学模拟，如 NVE、NVT、NPT 等。
测量模块
用于计算体系的各种物理性质，如温度、压力、径向分布函数等。
最小化模块
用于能量最小化和结构优化，支持多种算法。
蒙特卡罗模块
实现了蒙特卡罗模拟方法，增强了对统计性质的研究能力。
这种模块化的设计使得 GPUMD 的功能扩展和维护更加便捷，同时也便于新开发者快速上手。
四、未来发展规划
1. 版本更新计划
会议中，三十余名开发者共同商讨了 GPUMD 的未来版本发布计划：
- 2025 年春季：发布 4.0 版本，代码行数预计超过 7 万行。
- 2026 年夏季：发布 5.0 版本，代码行数预计超过 9 万行。
- 2027 年秋季：发布 6.0 版本，代码行数预计超过 10 万行。
2. 新功能开发方向
（1）NEP 模型开发计划
- NEP 误差估计方法（双精度）：开发 NEP 势函数的误差估计方法，提高可靠性和精度。
- NEP + 消息传递：结合消息传递机制，进一步提升计算精度。
- NEP + 电荷：引入电荷，支持带电体系和电化学过程模拟。
- TNEP：开发张量 NEP 模型，扩展可预测的物理量类型。
- NEP + 自旋：加入自旋自由度，支持磁性材料模拟。
- NEP 训练加速：采用梯度下降等优化算法提高训练效率。
- NEP 大模型开发：开发支持 20、45、89 种元素的复杂体系高精度大模型。
- TB 参数机器学习拟合：拟合紧束缚模型（TB），实现电子结构和输运性质计算。
（2）力场
- Deep Potential (DP) 接口：4.0版本中接入 DP 势函数。
- 机器学习势函数拓展：考虑接入其他 ML 势函数。
- 经验势的改进：优化 ILP、SW、EAM、OPLS 等。
- 电荷与电场作用：支持库仑力和外加电场模拟。
（3）时间演化与采样方法
- 能量最小化与变盒子优化：支持结构的应力释放和相变研究。
- 增强采样方法：开发内置的增强采样算法（如超动力学）。
- 蒙特卡罗模拟的扩展：支持更多统计系综。
（4）物理性质计算
- 结构分析：增加角度分布函数（ADF）、配位数分析（CN）等。
- 力学模拟：完善摩擦、拉伸、流变等多种力学场景。
- 材料生长：基于原子沉积方法模拟材料生长。
- 流体热输运：采用非平衡态热输运方法计算热导率。
- 电子输运：结合 LSQT 和 TB 模型模拟电子输运性质。
- 弹性常数与声子计算：支持有限温度及双精度计算。
（5）程序优化与并行计算
- 代码重构与性能优化
- 计划引入 MPI 并行计算，支持跨节点
- 多硬件兼容：完善 AMD GPU、国产 GPU 支持
- 考虑支持纯 CPU 计算
（6）工具与生态系统
- 丰富示例与教程文件
- 与深势科技“Bohrium平台”合作发布教程
- 加强社区建设，鼓励讨论参与
五、邀请更多开发者参与
GPUMD 的发展离不开广大开发者的支持和贡献。我们将保持开放的开发模式：无论您是学生还是教师，或是其它科研工作者，只要对 GPUMD 的开发感兴趣，都欢迎随时加入开发者团队。
大家的开发活动是自发的，不带强制性义务的，开发者可随时退出开发活动。作为回报，对于有实质性贡献的开发者，将有机会在未来 GPUMD 大的版本发布论文中署名。
六、结语
此次 GPUMD 开发者第一次会议的成功召开，标志着 GPUMD 正式迈入了一个新的发展阶段。通过集思广益、协同合作，GPUMD 将不断完善功能，提高性能，满足科研工作者对高效分子动力学模拟的需求。期待更多的开发者和用户加入到 GPUMD 的大家庭中来，共同推动分子动力学模拟领域的发展，为科学研究贡献力量。
