超並列計算機上での生体分子の分子動力学法シミュレーションにおける動的負荷分散法

大规模并行计算机上生物分子分子动力学模拟的动态负载平衡方法

基本信息

批准号：
13780215
负责人：
林亮子
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、空間中での原子・分子の分布が希薄かつ不均一な状態での分子動力学法の高速実装法について引き続き研究を行った。これまで良く使われてきた実装法は、分子を同数だけプロセッサ要素に割り当てる分子分割法と、シミュレーション空間を分割してプロセッサ要素に割り当てる領域分割法である。しかし、空間中での原子・分子の分布が希薄かつ不均一な状態ではそのどちらも一長一短であり、高速実行が困難であった。そこで、領域分割法をベースにして分割小領域を間接的に使って分子分割法に似たプログラム構造を持つハイブリッド実装法を提案し、性能評価を行った。その結果、ハイブリッド実装法では、空間中での原子・分子の分布が変動した場合の実行時間の変動を領域分割法よりも小さくできることがわかった。蛋白質の構造を調べる別なアプローチとしては、蛋白質をアミノ酸環基の1次元配列とみなし、すでに立体構造が分かっている蛋白質と未知の蛋白質のアミノ酸残基列を比較して3次元構造を予測するアプローチもある。今年度は3次元構造予測プログラムの一つであるFASTAの並列化を検討した。既存の並列化バージョンの性能評価を行った結果、FASTA実行開始時のデータ分配が実行時間を増加させることがわかった。そこで、データ分配部分を並列化して性能評価を行った結果、FASTA実行開始部分を高速化することができた。さらに今年度は、立体型のスクリーンに画像表示することで、あたかも中にいるような視覚効果が得られる没入型3次元仮想現実体感システムCAVEを利用した可視化を行った。大規模シミュレーション結果は大量のデータであるため、得られた結果を直観的に把握するための可視化が重要である。今年度の段階では論文発表には至っていないが、来年度以降も継続して研究を行い、さらに発展させる予定である。

今年，我们继续研究分子动力学方法在空间中原子和分子分布稀疏且不均匀的情况下的高速实现。迄今为止常用的实现方法是分子划分法和区域划分法，其中分子划分法将相同数量的分子分配给处理器元件，区域划分法将模拟空间划分并分配给处理器元件。然而，当原子和分子在空间中的分布稀疏且不均匀时，两者各有利弊，导致高速执行变得困难。因此，我们提出了一种基于区域分割方法的混合实现方法，该方法间接使用分割的子区域，并且具有类似于分子分割方法的程序结构，并评估了其性能。结果发现，与区域划分方法相比，混合实现方法可以减少原子和分子在空间中的分布发生变化时执行时间的变化。研究蛋白质结构的另一种方法是将蛋白质视为氨基酸环基团的一维阵列，通过比较已知三维结构和未知三维结构的蛋白质的氨基酸残基序列来预测三维结构蛋白质也有一些方法。今年，我们考虑了FASTA的并行化，它是三维结构预测程序之一。通过评估现有并行化版本的性能，我们发现 FASTA 执行开始时的数据分配会增加执行时间。因此，我们对数据分发部分进行了并行化并评估了其性能，结果，我们能够加快 FASTA 执行启动部分的速度。此外，今年我们还使用沉浸式三维虚拟现实系统CAVE，将图像显示在三维屏幕上，营造出身临其境的视觉效果。由于大规模模拟结果涉及大量数据，因此可视化对于直观地理解所获得的结果非常重要。虽然今年我们还没有发表论文，但我们计划从明年开始继续研究并进一步发展。