分子动力学模拟LINCS约束算法的GPU并行化

• 作者: 刘忠亮 孔滨 李晓霞 杨小震 石静 郭力
• 来源期刊: 计算机与应用化学
• 学科: 化学
• 关键词: 分子动力学(MD) LINCS约束算法 GPU CUDA GROMACS
• 年，卷（期）: 2012,（8）
• 页码范围: 907-912
• 页数: 6页
• 分类号: TQ015.9|TP391.9|O6-39
• 字数: 5754字
• 语种: 中文

摘要

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.