分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法在物理、化學(xué)、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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算的計(jì)算精度要求越來越高，計(jì)算量也越來越大，計(jì)算時(shí)間越來越長(zhǎng)。近年來，各種高性能計(jì)算機(jī)尤其是集群的發(fā)展使并行計(jì)算在許多領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛采用并行計(jì)算方法進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算。分子動(dòng)力學(xué)的并行計(jì)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(yùn)動(dòng)、聚集往往會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的、動(dòng)態(tài)的負(fù)載不平衡，導(dǎo)致并行效率降低。為了最大限度的使高性能計(jì)算機(jī)發(fā)揮作用，縮短分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算時(shí)間，從而降低研究成本，加速研制周期，必須解決分子動(dòng)力學(xué)模擬并行算法設(shè)計(jì)中的負(fù)載不平衡問題。 研究了分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法、BSP并行計(jì)算模型、循環(huán)映射法和遞歸對(duì)剖法靜態(tài)負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡等關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)串行程序進(jìn)行了優(yōu)化，并證實(shí)計(jì)算規(guī)模是影響分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬的計(jì)算量的主要因素。分別用循環(huán)映射法和簡(jiǎn)化遞歸對(duì)剖法實(shí)現(xiàn)了分子動(dòng)力學(xué)的并行計(jì)算。數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)表明兩種方法都達(dá)到了靜態(tài)負(fù)載平衡。但...

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖3.2作用力截?cái)?br>
(3)截?cái)?由于原子間作用主要來自于近鄰原子，分子動(dòng)力學(xué)模擬通常采用球形截?cái)喾桨�，只考慮一個(gè)半徑球內(nèi)的原子對(duì)中心原子的作用，球外原子的作用力可以忽略不計(jì)。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(shí)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(shí)，作用力矩陣就是一個(gè)對(duì)稱(根據(jù)牛頓第三定律)的稀疏(根據(jù)截?cái)嗑嚯x處理方法)矩陣。下面對(duì)這個(gè)作用力矩陣進(jìn)行分解，如圖3.5，假定處理器數(shù)量尸=16，每個(gè)處理器被指定一個(gè)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(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它包含了129個(gè)函數(shù)(根據(jù)1994年發(fā)布7年修訂的標(biāo)準(zhǔn)，稱之為MPI一2，已經(jīng)超過200，目前只使用其中的6個(gè)最基本的函數(shù)就能編寫一個(gè)完整的M個(gè)基本函數(shù)，包括啟動(dòng)和結(jié)束計(jì)算，識(shí)別進(jìn)程以及發(fā)送和T:啟動(dòng)MPI計(jì)算ALIZE:結(jié)束MPI計(jì)算MMSIZE:確....

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

采用動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡時(shí)初始劃分和若干時(shí)間步后的原子分布狀況示意圖，其中劃分時(shí)的截面，下面圖形為若干步后原子在各個(gè)處理器上的分布情況(P=8個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)(CPU)并行計(jì)算為例。圖5.10是在靜態(tài)負(fù)載平衡平衡方法前運(yùn)算過程中每個(gè)處理器上的原子數(shù)變化情況(每100時(shí)量)。從圖中可以看出，雖然....

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