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

• 批准号: 13224070
• 负责人: 網崎 孝志
• 金额: --
• 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 (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13224070/
• 关键词: GRID; MD-Engine; 分子動力学; 高速多重極法

ポストゲノム時代の最優先課題として、遺伝子にコードされているタンパク質の構造と機能の予測が急務である。分子動力学(MD)シミュレーションは、そのための手法の最有力候補と考えられているが、その最大の問題点は、長距離静電相互作用の計算に膨大な時間が必要となることである。これを解決する方策として、高速多重極法(FMM)をはじめとする高速アルゴリズムが提案されているが、これらはいずれも一種の近似法であり、高精度の計算では、依然として莫大な計算量が必要となる。本研究では、高速アルゴリズムと二体相互作用計算専用ボード(MD-Engine)の併用システムにより強大な計算資源をもつサイトを構築し、それをGRID技術を利用して遠隔地のタンパク質科学者に提供することを計画している。今年度は、まず、その基本設計を行なった。その結果、MD計算方式には、相互作用提供型、単一MD提供型、多重MD提供型という三種のものが必要となることが判明した。また、サイト内のソフトウェア機構として、資源マネージャ/ジョブマネージャ/計算ボードマネージャ/計算コンポーネントという階層的管理機構を設計した。このうち、計算ボードマネージャの中核部分を実装した。すなわち、まず、計算ボード上において、各粒子の近傍領域に存在する粒子を選別するためのアルゴリズムを開発した。これは三次元巡回バッファ方式に基づいており、高速アルゴリズムとの併用において、中核となる機構である。また、ノード内での効率的な並列処理を行うため、再帰バイセクション法に基づく静的負荷分散アルゴリズムを開発した。

预测基因编码的蛋白质的结构和功能是后基因组时代的一项紧迫任务。分子动力学（MD）模拟被认为是最有前途的方法，但其最大的问题是需要大量的时间来计算长程静电相互作用。作为解决这一问题的方法，人们提出了快速多极子法（FMM）等高速算法，但这些都是近似方法，高精度计算仍然需要大量的计算量。 。在这项研究中，我们将使用高速算法和专用于二体相互作用计算的板（MD-Engine）的组合系统构建一个具有强大计算资源的站点，并使用GRID技术将其提供给偏远地区的蛋白质科学家正在计划。今年，我们首先进行了基础设计。结果，发现需要三种类型的MD计算方法：交互提供类型、单一MD提供类型和多MD提供类型。另外，我们设计了一个由资源管理器/作业管理器/计算板管理器/计算组件组成的分层管理系统作为站点内的软件结构。其中，核心部分是计算板管理器的实现。也就是说，首先，我们开发了一种算法来选择计算板上每个粒子附近存在的粒子。它基于三维循环缓冲区方案，与高速算法结合是核心机制。我们还开发了一种基于递归二分法的静态负载平衡算法，以在节点内执行高效的并行处理。