分子動力學數(shù)值模擬方法在物理、化學、生物、醫(yī)藥以及材料等許多研究領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對分子動力學模擬計算的計算精度要求越來越高，計算量也越來越大，計算時間越來越長。近年來，各種高性能計算機尤其是集群的發(fā)展使并行計算在許多領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。國內(nèi)外學者紛紛采用并行計算方法進行分子動力學模擬計算。分子動力學的并行計算通常是將模擬空間分解為子空間然后分配到各處理器上。而在以空間分解法為基礎(chǔ)的并行數(shù)值模擬過程中粒子的產(chǎn)生、運動、聚集往往會導致不可預(yù)測的、動態(tài)的負載不平衡，導致并行效率降低。為了最大限度的使高性能計算機發(fā)揮作用，縮短分子動力學模擬計算時間，從而降低研究成本，加速研制周期，必須解決分子動力學模擬并行算法設(shè)計中的負載不平衡問題。 研究了分子動力學數(shù)值模擬方法、BSP并行計算模型、循環(huán)映射法和遞歸對剖法靜態(tài)負載均衡、動態(tài)負載平衡等關(guān)鍵技術(shù)。對串行程序進行了優(yōu)化，并證實計算規(guī)模是影響分子動力學數(shù)值模擬的計算量的主要因素。分別用循環(huán)映射法和簡化遞歸對剖法實現(xiàn)了分子動力學的并行計算。數(shù)值模擬實驗表明兩種方法都達到了靜態(tài)負載平衡。但...

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖3.2作用力截斷

(3)截斷:由于原子間作用主要來自于近鄰原子，分子動力學模擬通常采用球形截斷方案，只考慮一個半徑球內(nèi)的原子對中心原子的作用，球外原子的作用力可以忽略不計。如圖3.2:黝黝黝黝黝黝黝黝黝翼翼省省省蒸翁滁....

圖3.5作用力分解算法中的作用力矩陣劃分

j是奇數(shù)的時候凡二o。這樣，作用在原子i上的作用力就是作用力矩陣的第i行元素之和。此時，作用力矩陣就是一個對稱(根據(jù)牛頓第三定律)的稀疏(根據(jù)截斷距離處理方法)矩陣。下面對這個作用力矩陣進行分解，如圖3.5，假定處理器數(shù)量尸=16，每個處理器被指定一個矩陣子塊，NxN的作用力矩陣....

圖5.，基本的消息傳遞

基本的消息傳遞個復雜的系統(tǒng)，它包含了129個函數(shù)(根據(jù)1994年發(fā)布7年修訂的標準，稱之為MPI一2，已經(jīng)超過200，目前只使用其中的6個最基本的函數(shù)就能編寫一個完整的M個基本函數(shù)，包括啟動和結(jié)束計算，識別進程以及發(fā)送和T:啟動MPI計算ALIZE:結(jié)束MPI計算MMSIZE:確....

圖5.9沒有采用動態(tài)負載平衡時初始劃分和若干時間步后的原子分布狀況示意圖，其中上面圖形

采用動態(tài)負載平衡時初始劃分和若干時間步后的原子分布狀況示意圖，其中劃分時的截面，下面圖形為若干步后原子在各個處理器上的分布情況(P=8個計算節(jié)點(CPU)并行計算為例。圖5.10是在靜態(tài)負載平衡平衡方法前運算過程中每個處理器上的原子數(shù)變化情況(每100時量)。從圖中可以看出，雖然....

本文編號：4056590