Ускорение молекулярно-динамических расчетов с помощью быстрого метода мультиполей и графических процессоров
Марьин Д.Ф., Малышев В.Л., Моисеева Е.Ф., Гумеров Н.А., Ахатов И.Ш., Михайленко К.И.

Работа посвящена ускорению моделирования методами молекулярной динамики электростатических потенциалов на примере молекул воды. Высокопроизводительные вычисления достигаются путем комбинированного подхода с применением быстрого метода мультиполей (FMM) для вычисления сил и применением гетерогенных архитектур, состоящих из центральных и графических процессорных устройств (CPU и GPU соответственно). Метод FMM позволяет ускорить вычисления дальнодействующих взаимодействий за счет уменьшения вычислительной сложности до линейной. Использование GPU позволяет достичь значительных ускорений в вычислениях. Реализация метода FMM на GPU предоставляет возможность проводить численные эксперименты над большими системами. Показано, что предложенная методика имеет хорошую масштабируемость и может быть использована для моделирования динамики воды в области с размерами 60 нм или числом молекул воды порядка 10 миллионов на персональных рабочих станциях, оборудованных одним GPU.

Ключевые слова: молекулярная динамика, электростатическое взаимодействие, быстрый метод мультиполей, FMM, гетерогенные вычисления, GPU

Название статьи, аннотация и ключевые слова на английском языке

Марьин Д.Ф., стажер-исследователь, e-mail: marcom.dimar@gmail.com;   Малышев В.Л., стажер-исследователь, e-mail: victor.l.malyshev@gmail.com;   Моисеева Е.Ф., стажер-исследователь, e-mail: elena.f.moiseeva@gmail.com;   Михайленко К.И., науч. сотр., e-mail: const.mkh@gmail.com; – Башкирский государственный университет, Центр микро- и наномасштабной динамики дисперсных систем (ЦМНДДС, БашГУ), ул. Заки Валиди, 32, 450076, г. Уфа;
Гумеров Н.А., professor, e-mail: gumerov@umiacs.umd.edu; – Университет штата Мэриленд, США, Институт передовых компьютерных исследований (UMIACS), Room 3305, A.V. Williams Building, College Park, MD 20742;
Ахатов И.Ш., professor, e-mail: Iskander.Akhatov@ndsu.edu – Университет штата Северная Дакота, США (NDSU), NDSU Dept 2490, 210 Dolve Hall, P.O. Box 6050, Fargo, ND 58108