Москвин Д.О., Соцкий В. В, Усольцева Н.В.
СРАВНЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ НА ГРАФИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРАХ
НИИ Наноматериалов Ивановского государственного университета
Аннотация. В настоящей работе реализованы три алгоритма расчёта Ван-дер-ваальсовых взаимодействий между N частицами методом молекулярной динамики на графических контроллерах (GPU): полный перебор, присоединённые списки и списки Верле. Выполнен ряд вычислительных экспериментов, оценена производительность вышеуказанных методов.
Ключевые слова: Ван-дер-ваальсовы взаимодействия; молекулярная динамика; списки Верле; присоединённые списки.
Abstract. Three calculation algorithms of Van-der-Vaals interactions between N bodies in molecular dynamics method on graphics units (GPU) are worked out. These algorithms are full surplus, Verlet neighbour lists and cell method. Calculation experiments are carried out and productivity of these methods are evaluated.
Keywords: Van-der-Vaals interactions; molecular dynamics; Verlet neighbour lists; cell method.
Метод молекулярной динамики находит широкое применение при решении задач физической химии. При этом на моделируемую систему накладывается условие, связанное с количеством частиц (которых должно быть порядка десятков или сотен тысяч), что делает данный метод затратным с точки зрения вычислительных ресурсов. В связи с этим целесообразно применение технологий параллельных вычислений, позволяющих значительно сократить время выполнения расчётов, для решения такого класса задач. Частным случаем реализации данных технологий являются графические контроллеры (GPU). Управление вычислениями на GPU может быть осуществлено при помощи разработанного фирмой nVidia интерфейса программирования CUDA [1, 2]. Наиболее затратной операцией при решении задач молекулярной динамики является суммирование сил межмолекулярного взаимодействия. Полный перебор всех взаимодействий требует N2 (где N – количество частиц) операций вычисления. Однако, силы, соответствующие Ван-дер-ваальсовым взаимодействиям, убывают обратно пропорционально r6 (где r – расстояние между центрами масс частиц) и на некотором расстоянии (порядка , – диаметр частиц) становятся равными нулю. Это позволяет применять алгоритмы, основанные на выделении области, где силы отличны от нуля и области, где силы можно не рассчитывать.