Analysis of molecular dynamic simulation methods for parallel architectures / Análise de métodos de simulação de dinâmica molecular em arquiteturas paralelas

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Simulações em dinâmica molecular são utilizados em experimentos computacionais para reproduzir propriedades de líquidos, sólidos ou moléculas. Os Átomos ou moléculas são tratados como massas pontuais e as equações de Newton são integradas a cada passo de tempo para computar seu movimento. Num algoritmo simplificado, o tempo de computação é alto devido à necessidade de calcular Forças de interação entre todos os pares de Partículas. São descritas e testadas algumas implementações de dinâmica molecular, baseadas em métodos específicos de paralelização. O primeiro algoritmo implementa o paradigma todos os pares, no qual as Partículas são divididas entre processadores. O segundo algoritmo distribui o cálculo das Forças de interação das Partículas entre os processadores, sendo denominado decomposição das Forças, enquanto que o terceiro, divide o espaço ocupado pelas Partículas em unidades regulares denominadas Células que em conjunto são divididas entre os processadores. Estes podem ser otimizados através de técnicas conhecidas, como por exemplo, utilizar uma distância de corte, cut-off, para diminuir o número de cálculos de Forças de interação no caso de potenciais de curta distância. Outra técnica conhecida é o uso da lista de vizinhança, que explora o mesmo conceito a um custo computacional menor. Estes três algoritmos foram implementados, em versões utilizando Fortran 90 e a biblioteca de comunicação por troca de mensagens MPI (Message Passing Interface), para Execução em duas arquiteturas paralelas de memória distribuída, os desempenhos obtidos foram analisados quanto ao número de Partículas e de processadores, sendo também estudados a influência da latência e da largura de banda de comunicação em ambas arquiteturas. No caso deste trabalho, foi considerado um espaço tridimensional com condições de contorno periódicas, e adotado um potencial de curta distância, o potencial de Lennard-Jones.

ASSUNTO(S)

intermolecular force dinâmica molecular molecular dynamics estrutura molecular computer science molecular structure simulação de algoritmos computadorizados força intermolecular parallel computers computação paralela algorithms computerized simulation computaÇÃo aplicada

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