タンパク質の構造と機能の予測のための計算資源提供型広域計算

广域计算为预测蛋白质结构和功能提供计算资源

基本信息

批准号：
15017266
负责人：
網崎孝志
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

分子動力学計算は,タンパク質の構造と機能の解析及び予測のための手法として期待されているが,その膨大な計算量が実用化の障害となっている。特に,二体相互作用求値の計算量が問題となる。本研究の目的は,分子動力学計算のための強大な専用計算資源を有するサイトを構築し,その計算パワーを遠隔地の科学者に提供するような計算グリッドのプロトタイプを制作することである。これまでに制作してきた二体相互作用計算プログラムなどをもとにして,本年度は,分子動力学計算専用のサーバ/クライアント型広域分散計算システムを開発した。具体的には,相互作用提供型と単一MD提供型の二つのシステムを開発した。相互作用提供型は,Ninf-GのGridRPC機構を利用して,原子座標などを受け取り,力などの計算結果を戻すという形式のものである。原子数約5万の分子系での性能検証結果によると,1ステップの実行に平均7.1秒を要した。このうち4.5秒が通信に費やされており,計算パワーの伝達において,ある程度のロスがみられた。ただし,将来的には,より高い通信帯域をクライアント/サーバ間に確保できることが見込めるため(この実験では実効6.5Mbps),このようなオーバーヘッドは大幅に減弱する可能性が高い。一方,単一MD提供型システムは,1個の分子動力学(molecular dynamics)ジョブ全体を実行し,その結果を返送するものである。このシステムは,Globus Toolkitの各種バンドルのAPIを用いて実装した。特に,今年度は,通信と計算のオーバーラップによる効率化を重点的に行った。前述の分子系の1ステップの実行は平均1.6秒で完了し,オーバーヘッドは3%程度であった。また,通信と計算のオーバーラップにより,低めに見積もっても,トラジェクトリ転送時間の81%以上を隠蔽することができた。

分子动力学计算有望成为分析和预测蛋白质结构和功能的方法，但其巨大的计算复杂性阻碍了其实际应用。特别是，获得二体交互值所需的计算量是一个问题。这项研究的目的是建立一个具有强大的专用计算资源的站点，用于分子动力学计算，并创建一个原型计算网格，为偏远地区的科学家提供计算能力。在我们已经创建的二体相互作用计算程序的基础上，今年我们开发了专门用于分子动力学计算的服务器/客户端型广域分布式计算系统。具体来说，我们开发了两种系统：交互型和单一MD型。交互提供类型使用Ninf-G的GridRPC机制来接收原子坐标并返回力等计算结果。根据对约5万个原子的分子系统的性能验证结果，执行一步平均需要7.1秒。其中，通信时间为4.5秒，算力传输存在一定损失。然而，在未来，预计客户端和服务器之间将获得更高的通信带宽（本实验中有效为6.5 Mbps），因此这种开销很有可能会显着减少。另一方面，单个 MD 提供系统执行整个分子动力学作业并发回结果。该系统是使用 Globus Toolkit 的各个捆绑包中的 API 来实现的。特别是今年我们重点通过重叠通信和计算来提高效率。上述分子系统的一步执行平均1.6秒完成，开销约为3%。此外，由于通信和计算之间的重叠，即使在较低的估计下，超过 81% 的轨迹传输时间也可能被隐藏。