张宝花, 徐 顺

(中国科学院计算机网络信息中心 超级计算中心, 北京 100190)

GROMACS软件并行计算性能分析①

张宝花, 徐 顺

(中国科学院计算机网络信息中心 超级计算中心, 北京 100190)

分子动力学模拟是对微观分子原子体系在时间与空间上的运动模拟, 是从微观本质上认识体系宏观性质的有力方法. 针对如何提升分子动力学并行模拟性能的问题, 本文以著名软件GROMACS为例, 分析其在分子动力学模拟并行计算方面的实现策略, 结合分子动力学模拟关键原理与测试实例, 提出MPI+OpenMP并行环境下计算性能的优化策略, 为并行计算环境下实现分子动力学模拟的最优化计算性能提供理论和实践参考. 对GPU异构并行环境下如何进行MPI、OpenMP、GPU搭配选择以达到性能最优, 本文亦给出了一定的理论和实例参考.

分子动力学模拟; GROMACS; 并行计算

2013年的诺贝尔化学奖授予了Martin Karplus、Michael Levitt和Arieh Warshel三位理论化学家, 以肯定他们在 “开发多尺度复杂化学系统模型”方面所做的贡献. 他们发展了大量分子动力学(MD: Molecular Dynamic)模拟基本理论和计算方法, 实现了更好地通过微观相互作用研究体系的宏观性质. 这一类强有力的计算化学方法渗透于迅速发展的分子生物学、生物信息学和生物物理学等前沿交叉学科, 同时逐渐形成一系列典型计算与模拟软件, 包括: GROMACS、NAMD、LAMMPS、AMBER、CHARMM等[1-5]. 高性能并行计算技术应用于分子动力学模拟, 使得体系模拟能够在更大空间尺度和时间尺度上进行. 比如GROMACS软件的基础框架设计就立足在高性能计算……