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，我们继续对在稀疏且不均匀的空间中存在原子和分子分布的情况下对分子动力学方法的高速实施进行研究。到目前为止使用的实现方法是分子分裂方法，其中将相同数量的分子分配给处理器元素和区域分裂方法，其中模拟空间被分配并分配给处理器元素。但是，在一种在空间中原子和分子的分布稀疏和不均匀的状态下，它们都具有优势和缺点，因此很难高速执行。因此，我们提出了一种类似于基于区域划分方法的分子划分方法的程序结构的混合实施方法，并使用分隔的小区域间接进行，并进行了绩效评估。结果，发现混合实施方法允许在空间变化的空间变化比区域分裂方法小的空间变化时的执行时间波动。检查蛋白质结构的另一种方法是将蛋白质视为氨基酸环基的一维序列，并通过比较已经知道已经知道与未知蛋白的3D结构的蛋白质的氨基酸残基序列来预测三维结构。今年，我们讨论了FASTA的并行化，FasTA是三维结构预测计划之一。由于对现有并行版本的性能评估，发现FASTA执行开始时的数据分布增加了执行时间。因此，数据分布部分是并行的，并进行了性能评估，并且FASTA执行启动部分能够加速。此外，今年，我们使用洞穴（洞穴）（一种沉浸式的3D虚拟现实体验系统，使您获得了感觉就像您在内部的视觉效果，我们都可以在三维屏幕上看到图像。大规模的模拟结果是大量数据，因此可视化对于直观地掌握所获得的结果很重要。尽管该论文尚未在此阶段发表，但该论文计划在明年继续研究并进一步发展。