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: 14019067
• 负责人: 網崎 孝志
• 金额: $ 2.11万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14019067/
• 关键词: GRID; 専用計算機; 分子動力学計算; 高速多重極法

分子動力学計算やモンテカルロ法は、タンパク質の構造と機能の解析/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。本研究の目的は、分子動力学計算向けの強大な計算資源を有する計算サイトを構築し、その計算パワーを遠隔地のタンパク質科学者に提供するような、計算資源提供型のGRIDシステムのプロトタイプを製作することである。本年度は、そのような計算資源の実体である専用計算クラスタを開発し、また、Globus ToolkitとNinf-Gを利用して、遠隔計算のための予備実験をおこなった。分子動力学計算のボトルネックは二体相互作用求値にあるが、そのための高速アルゴリズムと専用計算ボードを併用するような計算ユニットのクラスタにより、専用計算サイトのプロトタイプを構築した。計算クラスタは単体で、通常の高速PCの16〜23倍の性能を達成した(計算ボード3枚装着の場合)。このユニット4台から成るクラスタをLAMを用いて構築したが、5万原子程度のタンパク質-水系に対して、精密なMD1ステップを1.6秒で実行できた(各ユニットには2枚の計算ボードを装着)。GRID化の試みとして、予備実験的な計算サイトを構築した。Ninf-Gを利用して、「相互作用提供型」システムを構築した結果、5万原子5ピコ秒のシミュレーションを遠隔地からおよそ17000秒で実行できた。オンサイト計算に比べ、4倍程度に延長したが、通常のPCに比べ数倍以上高速であった。また、Globus I/Oを利用する「単一MD提供型」コンポーネントを開発した。この場合は、前述のシミュレーションを4010秒で実行でき、遠隔計算によるオーバーヘッドはわずか5%であった。

Molecular dynamics calculation や モ ン テ カ ル ロ は, タ ン パ ク qualitative の function of tectonic と の parsing/be の た め の gimmick と し て expect さ れ て い る が, そ の swelled な computation が be in turn の handicap of と な っ て い る. は の purpose this study, molecular dynamics calculation to け の な を computing resources have strong す る computing サ イ ト を constructing し, そ の computing パ ワ ー を far to の タ ン パ ク mass science に provide す る よ う な, computing resources to provide の GRID シ ス テ ム の プ ロ ト タ イ プ を making す る こ と で あ る. This year は, そ の よ う な の computing resources be body で あ る 専 compute ク ラ ス タ を open 発 し, ま た, Globus Toolkit と Ninf -g を using し て, remote computing の た め の reserve be 験 を お こ な っ た. Molecular dynamics calculation の ボ ト ル ネ ッ ク は on two body interaction for numerical に あ る が, そ の た め の high-speed ア ル ゴ リ ズ ム と 専 compute ボ ー ド を and す る よ う な computing ユ ニ ッ ト の ク ラ ス タ に よ り, 専 calculation サ イ ト の プ ロ ト タ イ プ を build し た. Calculate the で ラスタ 単 単 単 body で, usually the <s:1> high-speed PC <s:1> 16 to 23 times <s:1> performance を to achieve <s:1> た(calculate the ボ ボ ド ド in the <s:1> scenario). こ の ユ ニ ッ ト four か ら into る ク ラ ス タ を LAM を with い て build し た が, degree of 50000 atoms の タ ン パ ク mass - drainage に し seaborne て, precision な MD1 ス テ ッ プ を 1.6 seconds で line be で き た (each ユ ニ ッ ト に は two の computing ボ ー ド を containing). Grid-based みと て, な calculation サ トを トを, トを construction た た. Ninf -g を using し て, "interaction provide" シ ス テ ム を build し た result, 50000 atomic 5 ピ コ seconds の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を far to か ら お よ そ 17000 seconds で line be で き た. Calculating に オ ン サ イ ト べ, degree of 4 times に extended し た が, usually の PC に than べ several times more than high-speed で あ っ た. ま た, Globus I/O を using す る "単 a MD provide" コ ン ポ ー ネ ン ト を open 発 し た. は こ の occasions, the foregoing の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 4010 seconds で line be で き, remote computing に よ る オ ー バ ー ヘ ッ ド は わ ず か 5% で あ っ た.

项目成果

H.Takashima: "Numerical accuracy on Fm(z) for molecular integral calculations"Computer Physics Communications. 148・2. 182-187 (2002)

H.Takashima：“分子积分计算的 Fm(z) 的数值精度”计算机物理通讯 148・2（2002 年）。

網崎孝志: "高速多重極法と専用計算機の併用による分子動力学計算高速化のための二つのアルゴリズム"J.Computer Chemistry, Japan. 1・3. 73-82 (2002)

Takashi Amizaki：“通过结合快速多极方法和专用计算机来加速分子动力学计算的两种算法”J.Computer Chemistry，日本 1・3（2002）。

T.Amisaki: "Development of hardware accelerator for molecular dynamics simulations : A computation board that calculates nonbonded interactions in cooperation with FMM"J.Comput.Chem.. (in press). (2003)

T.Amisaki：“分子动力学模拟硬件加速器的开发：与 FMM 合作计算非键相互作用的计算板”J.Comput.Chem..（出版中）。