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: 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15017266/
• 关键词: 計算グリッド; 専用計算機; 分子動力学計算; 高速多重極法; クラスタ計算; 並列分散

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。

は molecular dynamics calculation, タ ン パ ク qualitative の と function の parsing and び 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. Special に, two-body interaction evaluation <s:1> computational complexity が problem となる. は の purpose, this study molecular dynamics calculation の た め の powerful な 専 with computing resources を す る サ イ ト を build し そ の computing パ ワ ー を far の is に science provide す る よ う な computing グ リ ッ ド の プ ロ ト タ イ プ を making す る こ と で あ る. こ れ ま で に making し て き た two body interaction calculation プ ロ グ ラ ム な ど を も と に し て, this year's は, molecular dynamics calculation 専 with の サ ー バ / ク ラ イ ア ン ト type hiroo domain dispersion calculation シ ス テ ム を open 発 し た. Specifically, there are に, interaction-providing type と単 - MD providing type <s:1> - 2 に システムを システムを developing た. Interaction, provide type は Ninf -g の GridRPC agencies を using し て, atomic coordinates な ど を け take り, force な ど の results を 戻 す と い う form の も の で あ る. The molecular system with approximately 50,000 atoms で <s:1> performance 検 verification result によると,1ステップ <s:1> actual operation に average 7.1 seconds を to た た. 4.5 seconds こ の う ち が communication に fee や さ れ て お り, calculate パ ワ ー の 伝 da に お い て, あ る degree の ロ ス が み ら れ た. た だ し, future に は, よ り high い communication 帯 domain を ク ラ イ ア ン ト / サ ー バ between に ensure で き る こ と が see 込 め る た め (こ の be 験 で は be sharper 6.5 Mbps), こ の よ う な オ ー バ ー ヘ ッ ド は weakened sharply に す が high い る possibilities. Side, 単 a MD type provide シ ス テ ム は, 1 の molecular dynamics (molecular dynamics) ジ ョ ブ all を be し, そ の results を foldback す る も の で あ る. The Globus Toolkit <e:1> various バ, ド, ド and た apis を are installed using the <s:1> て implementation. In this year, に, the focus of communication と computing <s:1> <s:1> <s:1> バ ラップによる ラップによる ラップによる efficiency optimization を is に lines った. The aforementioned <s:1> molecule system <s:1> 1ステップ <s:1> actually completed で in an average of 1.6 seconds で, and <s:1> バ ヘッド ヘッド 3% to であった. ま た, communication と の オ ー バ ー ラ ッ プ に よ り, low め に see product も っ て も, ト ラ ジ ェ ク ト リ planning the government more than 81% to send time の を shadowing す る こ と が で き た.

项目成果

網崎孝志: "分子動力学専用計算クラスタの開発とそれを利用した計算資源提供型グリッドの試み"情報処理学会論文誌:コンピューテイングシステム. 45・SIG06(掲載予定). (2004)

Takashi Amizaki：“专用于分子动力学的计算集群的开发以及使用它提供计算资源的网格的尝试”，日本信息处理学会汇刊：计算系统（2004 年）。

Takashi Amisaki: "Grid-enabled applications in molecular dynamics simulations using a cluster of dedicated computers"Proceedings of 2004 Symposium on Applications and the Internet. 616-622 (2004)

Takashi Amisaki：“使用专用计算机集群的分子动力学模拟中的网格应用程序”2004 年应用程序和互联网研讨会论文集。

Takashi Amisaki: "Development of hardware accelerator for molecular dynamics simulations : A computation board that calculates nonbonded interactions in cooperation with fast multipole method"Journal of Computational Chemistry. 24・5. 582-592 (2003)

Takashi Amisaki：“分子动力学模拟硬件加速器的开发：与快速多极方法合作计算非键相互作用的计算板”计算化学杂志24・5（2003）。