基于CUDA的分子動力學非鍵作用計算方法的研究.pdf

1、分子動力學(Molecular Dynamics)是在原子級模擬固態(tài)、液態(tài)物質的主要計算方法，用于研究物質微觀結構、熱力學性質及平衡輸運性質等，廣泛應用于物理科學、材料科學、生命科學等領域。在計算過程中，粒子個數只有在無限多時，才能真實地再現物質的宏觀行為，使得分子動力學計算相當耗費機時，一般以周為單位。在分子動力學模擬中，非鍵作用的計算是整個模擬過程中計算密集度最高，計算量需求最大的一塊。因而，對分子動力學中非鍵作用的計算方法的研究對

2、實現復雜系統(tǒng)的模擬具有重要意義。2007年新推出的CUDA技術是一個全新的軟硬件架構，有助于解決科學及工程方面的復雜計算問題。本文針對分子動力學非鍵作用的計算及其加速方案，探討了在CUDA平臺下分子動力學模擬的設計與實現，具體工作包括以下幾個方面：
　　 首先，分析了當前分子動力學模擬的主要特點與方法，探討了引入CUDA技術提高處理效率的可行性與優(yōu)越性。
　　 其次，分析并探討了當前分子動力學模擬的加速方案。探討了在不同

3、并行平臺下的加速方案，基于集群的和基于CUDA平臺的不同策略。研究了三種著名的并行算法，原子分解、作用力分解、空間分解及其結合。
　　 然后，設計并實現了一種基于CUDA的短程作用和靜電作用的非鍵作用計算方法。將非鍵作用的計算任務分配到GPU中進行處理，充分利用GPU的并行計算優(yōu)勢，提高了計算的性能。
　　 最后，探討了CPU-GPU異構多核平臺的特點與多GPU調度方法，將多GPU設備用于分子動力學模擬計算中，進一步優(yōu)化