Collaborative Research: Advanced Methodology for Calculation of Pairwise Interactions

合作研究:计算成对相互作用的先进方法

基本信息

  • 批准号:
    0957273
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.67万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-03-01 至 2013-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Robert Skeel of Purdue University and Klaus Schulten from University of Illinois Urbana-Champain have received a collaborative award from the Theory, Models and Computational Methods. The project focuses on the creation, analysis, and implementation of methods of broad applicability for calculating pairwise interatomic interactions in atomistic computer simulations with applications in chemistry, physics, and materials science.Atomistic simulations of macromolecules, biomolecules, nano-systems, and condensed phases of atomic or molecular systems require vast amounts of computer time. Typically, the bulk of this time is spent on calculating pairwise interactions between particles. The calculation of pairwise interactions is done either directly or with standard tools like the fast multipole method or the particle-mesh Ewald sums. This proposal will investigate the advantages of a less well known O(N) algorithm, the multilevel summation method (MSM). This algorithm has the potential of becoming very useful for approaches such as molecular dynamics. The project will explore creative implementations involving mathematical techniques for improving the software and exploring implementation in emerging hardware like GPUs. It is the objective of the proposal to study the efficiency and scalability of MSM as applied to several interdisciplinary molecular dynamics problems, to analyze the implication of approximations both theoretically and experimentally, and to implement and disseminate the results.The project provides an opportunity for graduate students to engage in high-impact interdisciplinary research. Open source implementations of the algorithms as libraries of modules will be made available. The software modules will also be embedded in simulation software such as NAMD. Molecular dynamics has applications beyond chemistry, and N-body solvers have applications outside of molecular dynamics. Better methods and software in the hands of scientists will enable chemical and biomolecular simulations of much larger systems with improved accuracy, and this will result in benefits to society. The impact will be broad.
普渡大学的Robert Skeel和伊利诺伊大学Urbana-Champain的Klaus Schulten获得了理论,模型和计算方法的合作奖。该项目的重点是创造,分析和实施的方法,广泛适用于计算成对原子间相互作用的原子计算机模拟与应用在化学,物理学和材料科学。原子模拟的大分子,生物分子,纳米系统,凝聚相的原子或分子系统需要大量的计算机时间。通常,大部分时间都花在计算粒子之间的成对相互作用上。成对相互作用的计算可以直接进行,也可以使用标准工具,如快速多极方法或粒子-网格埃瓦尔德求和。这个建议将研究一个不太知名的O(N)算法,多级求和方法(MSM)的优点。这种算法有可能成为非常有用的方法,如分子动力学。该项目将探索创造性的实现,包括用于改进软件的数学技术,并探索在GPU等新兴硬件中的实现。该项目的目的是研究MSM应用于几个跨学科分子动力学问题的效率和可扩展性,分析理论和实验近似的含义,并实施和传播结果。该项目为研究生提供了一个从事高影响力跨学科研究的机会。算法的开源实现将作为模块库提供。软件模块还将嵌入NAMD等模拟软件。分子动力学的应用超出了化学,N体求解器的应用超出了分子动力学。科学家手中更好的方法和软件将使更大系统的化学和生物分子模拟具有更高的准确性,这将为社会带来好处。影响将是广泛的。

项目成果

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