跳转到正文

DeePMD-kit

DeepModeling; Han Wang

DeePMD-kit 是一套工具包,可利用量子力学参考数据训练和微调 Deep Potential 原子间模型,然后将其导出用于推理和分子动力学模拟。

条目更新 ·

概览

DeePMD-kit 将原子级参考数据、机器学习势开发和分子动力学部署连接起来。它是一套工具包,而非单一预测模型:用户可以调整预训练的 DPA4 检查点,也可以配置模型从头开始训练。文档所述范围涵盖有限分子、周期性固体、共价体系和金属,并提供单任务、多任务和分布式训练工作流。

训练和微调使用 DeePMD 的 NumPy 格式目标参考数据;dpdata 可用于转换结构和轨迹。根据所选模型,预测结果可以包括能量、原子力、维里、Hessian、磁力、偶极矩、极化率及其他物理性质。工作流从测试和模型导出开始,之后可使用 Python 或原生推理接口以及受支持的模拟引擎,包括 LAMMPS 和 i-PI。DPA-ADAPT 提供了另一种路径,可重用受支持的预训练表征来预测下游性质。

模型选择会影响部署限制。README 将 DPA4 描述为注重精度的架构,将 DPA4C 描述为注重吞吐量的替代方案,但并未声称其中任一种在所有情况下都更优。DPA4 使用 PyTorch,而 DPA4C 使用 PyTorch Exportable 后端;其压缩 CUDA 推理路径要求使用 float32。更广泛地说,后端和接口支持因模型和功能而异。提供的预训练 OMat24 检查点面向该化学空间中的无机材料,因此在该范围之外的准确性需要验证。这些限制意味着,在部署模拟之前,进行目标领域评估和兼容性检查十分重要。

主要功能

  • 对预训练 DPA4 检查点进行全模型微调,同时支持从头开始训练,以及单任务、多任务和分布式工作流。
  • 根据模型预测能量、力、维里、Hessian、自旋相关量、偶极矩、极化率、态密度和自定义性质。
  • 对选定模型支持 TensorFlow、PyTorch、JAX 和 Paddle,并提供兼容架构的转换路径。
  • 测试、冻结、嵌入提取,以及受支持的模型压缩和导出路径,包括 AOTInductor .pt2 导出。
  • 提供 Python、C、C++ 和 Node.js 推理接口,以及 LAMMPS、i-PI 和 ASE 等有文档说明的模拟集成。
  • 混合势和物理修正,包括 DPLR 静电作用、用于 QM/MM 的 DPRc 长程修正,以及解析 ZBL 衔接。

使用场景

  • 预期评估:使用目标无机材料参考数据微调 OMat24 DPA4 检查点,并在部署分子动力学模拟之前评估其准确性。
  • 预期评估:使用随附的水示例,针对特定工作负载比较 DPA4 和 DPA4C 的准确性、吞吐量及部署要求。
  • 预期评估:通过 DPA-ADAPT 重用受支持的预训练表征,以预测下游物理性质。
  • 预期评估:评估兼容的自旋感知模型或响应性质模型,以预测磁力、偶极矩或极化率。

使用方式

  1. 查阅安装指南,并为所用后端和硬件选择文档中介绍的安装方式。所提供的来源要求 Python 3.10 或更高版本。
  2. 使用模型指南选择物理目标和兼容架构。决定从预训练模型开始还是从头训练;检查后端和部署限制。
  3. 将目标训练数据和验证数据准备为 DeePMD 的 NumPy 格式;转换结构或轨迹时,可参照dpdata 指南。
  4. 按照微调指南或快速入门笔记本操作。要适配预训练 DPA4,请使用匹配的已发布配置,并保留完整的 model section 和 type_map。
  5. 依据测试指南评估目标领域预测,然后在部署前查阅导出指南和集成中心。

相关资源

Allegro

模型

Allegro 在 NequIP 框架中作为扩展实现 E(3)-等变原子间势,并提供文档说明的 GPU 加速选项,以及用于 LAMMPS 模拟的独立插件。

开源Python

计算化学 · 材料发现

computational-chemistry-agent-skills 集合中的 ASE 路由 Skill,将工作流准备与计算器配置分开,并将执行委托给其他环节。

计算化学 · 材料发现

ChemAgent (AI4Chem) 是一个面向化学与材料领域工具使用的研究框架,与 CheMatAgent 论文相关;该论文介绍了基于树搜索的规划、工具执行以及基于 ChemToolBench 的训练。

计算化学 · 材料发现

ChemGraph

智能体

ChemGraph 是一个 Python 智能体框架,可将自然语言化学请求连接到分子构建、模拟、分析和报告,并提供 CLI、Python、Streamlit 和 MCP 接口。

开源Python

计算化学 · 材料发现

CHGNet

模型

CHGNet 是一种针对晶体结构的预训练、融合电荷信息的神经网络势,可预测能量、力、应力和磁矩,用于结构弛豫与分子动力学工作流。

开源Python

计算化学 · 材料发现

DP-GEN

开源工具

DP-GEN 是一个 Python 并发学习平台,用于协调分子模拟、第一性原理计算和 DeePMD-kit 工作流,以生成原子间势模型。

开源Python

计算化学 · 材料发现

相关指南

智能体

化学 AI Agent 指南:从聊天助手到自主科研工作流

一份实用指南,介绍八个化学与生物医学研究智能体:工具、记忆、规划和多智能体角色如何运作,哪些项目适合不同任务,以及如何在科学监督下评估有界自主性。