The Exascale Computing Project (ECP) is invested in co-design to assure that key applications are ready for exascale computing. Within ECP, the Co-design Center for Particle Applications (CoPA) is addressing challenges faced by particle-based applications across four “sub-motifs”: short-range particle–particle interactions (e.g., those which often dominate molecular dynamics (MD) and smoothed particle hydrodynamics (SPH) methods), long-range particle–particle interactions (e.g., electrostatic MD and gravitational N-body), particle-in-cell (PIC) methods, and linear-scaling electronic structure and quantum molecular dynamics (QMD) algorithms. Our crosscutting co-designed technologies fall into two categories: proxy applications (or “apps”) and libraries. Proxy apps are vehicles used to evaluate the viability of incorporating various types of algorithms, data structures, and architecture-specific optimizations and the associated trade-offs; examples include ExaMiniMD, CabanaMD, CabanaPIC, and ExaSP2. Libraries are modular instantiations that multiple applications can utilize or be built upon; CoPA has developed the Cabana particle library, PROGRESS/BML libraries for QMD, and the SWFFT and fftMPI parallel FFT libraries. Success is measured by identifiable “lessons learned” that are translated either directly into parent production application codes or into libraries, with demonstrated performance and/or productivity improvement. The libraries and their use in CoPA’s ECP application partner codes are also addressed.

百亿亿级计算项目 (ECP) 投资于协同设计，以确保关键应用程序为百亿亿级计算做好准备。在 ECP 内，粒子应用协同设计中心 (CoPA) 正在解决基于粒子的应用面临的挑战，跨越四个“子主题”：短程粒子 - 粒子相互作用（例如，那些经常主导分子动力学（MD）的相互作用）和平滑粒子流体动力学 (SPH) 方法）、长程粒子 - 粒子相互作用（例如静电 MD 和引力 N 体）、细胞内粒子 (PIC) 方法以及线性标度电子结构和量子分子动力学（ QMD）算法。我们的横切协同设计技术分为两类：代理应用程序（或“应用程序”）和库。代理应用程序是用于评估合并各种类型的算法、数据结构和特定于架构的优化以及相关权衡的可行性的工具；示例包括 ExaMiniMD、CabanaMD、CabanaPIC 和 ExaSP2。库是多个应用程序可以利用或构建的模块化实例；CoPA 开发了 Cabana 粒子库、用于 QMD 的 PROGRESS/BML 库以及 SWFFT 和 fftMPI 并行 FFT 库。成功是通过可识别的“经验教训”来衡量的，这些经验教训直接转换为父生产应用程序代码或库，并证明了性能和/或生产力的提高。还讨论了库及其在 CoPA 的 ECP 应用程序合作伙伴代码中的使用。和架构特定的优化以及相关的权衡；示例包括 ExaMiniMD、CabanaMD、CabanaPIC 和 ExaSP2。库是多个应用程序可以利用或构建的模块化实例；CoPA 开发了 Cabana 粒子库、用于 QMD 的 PROGRESS/BML 库以及 SWFFT 和 fftMPI 并行 FFT 库。成功是通过可识别的“经验教训”来衡量的，这些经验教训直接转换为父生产应用程序代码或库，并证明了性能和/或生产力的提高。还讨论了库及其在 CoPA 的 ECP 应用程序合作伙伴代码中的使用。和架构特定的优化以及相关的权衡；示例包括 ExaMiniMD、CabanaMD、CabanaPIC 和 ExaSP2。库是多个应用程序可以利用或构建的模块化实例；CoPA 开发了 Cabana 粒子库、用于 QMD 的 PROGRESS/BML 库以及 SWFFT 和 fftMPI 并行 FFT 库。成功是通过可识别的“经验教训”来衡量的，这些经验教训直接转换为父生产应用程序代码或库，并证明了性能和/或生产力的提高。还讨论了库及其在 CoPA 的 ECP 应用程序合作伙伴代码中的使用。CoPA 开发了 Cabana 粒子库、用于 QMD 的 PROGRESS/BML 库以及 SWFFT 和 fftMPI 并行 FFT 库。成功是通过可识别的“经验教训”来衡量的，这些经验教训直接转换为父生产应用程序代码或库，并证明了性能和/或生产力的提高。还讨论了库及其在 CoPA 的 ECP 应用程序合作伙伴代码中的使用。CoPA 开发了 Cabana 粒子库、用于 QMD 的 PROGRESS/BML 库以及 SWFFT 和 fftMPI 并行 FFT 库。成功是通过可识别的“经验教训”来衡量的，这些经验教训直接转换为父生产应用程序代码或库，并证明了性能和/或生产力的提高。还讨论了库及其在 CoPA 的 ECP 应用程序合作伙伴代码中的使用。