CAJ | 학술논문

分子动力学模拟(Molecular Dynamics,MD)是计算化学和生物模拟领域一种重要的计算手段,由于计算强度大,目前MD可模拟的时空尺度还不能满足真实物理过程的需要,计算速度是其主要瓶颈之一.2007年以来,比CPU具有更强大的存储器带宽和计算能力的GPU(Graphics Processing Units)的可编程能力获得了显著提升,为数值计算的并行加速提供了一种新的选择.除了使用并行技术加速MD,合理地使用约束算法可增大模拟的时间步长以降低MD计算量.本文首次建立了GPU加速的LINCS(Linear Constraint Solver)约束算法GMD LINCS,使用线程组织、合并访问、全局同步等对其进行了优化.GMD_ LINCS是基于GPU的MD程序(GMD)的约束算法部分.采用GROMACS官网提供的基准算例二氨叶酸还原酶(DHFR)对GMD _LINCS的测试结果表明,GMD_LINCS程序和GROMACS 4.5.3 CPU版本的计算精度吻合较好.对含有19万个粒子(27条链)的聚丙烯腈(PAN)算例的测试结果表明,GMD _LINCS程序的计算性能获得明显提升,比GROMACS 4.5.3相应的LINCS约束算法的单核CPU性能可加速约17倍、是其八核CPU性能的4.5倍左右.
분자동역학모의(Molecular Dynamics,MD)시계산화학화생물모의영역일충중요적계산수단,유우계산강도대,목전MD가모의적시공척도환불능만족진실물리과정적수요,계산속도시기주요병경지일.2007년이래,비CPU구유경강대적존저기대관화계산능력적GPU(Graphics Processing Units)적가편정능력획득료현저제승,위수치계산적병행가속제공료일충신적선택.제료사용병행기술가속MD,합리지사용약속산법가증대모의적시간보장이강저MD계산량.본문수차건립료GPU가속적LINCS(Linear Constraint Solver)약속산법GMD LINCS,사용선정조직、합병방문、전국동보등대기진행료우화.GMD_ LINCS시기우GPU적MD정서(GMD)적약속산법부분.채용GROMACS관망제공적기준산례이안협산환원매(DHFR)대GMD _LINCS적측시결과표명,GMD_LINCS정서화GROMACS 4.5.3 CPU판본적계산정도문합교호.대함유19만개입자(27조련)적취병희정(PAN)산례적측시결과표명,GMD _LINCS정서적계산성능획득명현제승,비GROMACS 4.5.3상응적LINCS약속산법적단핵CPU성능가가속약17배、시기팔핵CPU성능적4.5배좌우.