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Development of a Large-Scale Molecular Dynamics Framework and Application to Complex Fluids

大规模分子动力学框架的开发及其在复杂流体中的应用

基本信息

批准号：
21K11923
负责人：
渡辺宙志
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

分子動力学法は原子レベルで物質の挙動を観察できる一方、計算コストが大きく、大きな系を計算するためには並列化が必須である。この時、短距離相互作用系であれば領域分割による並列化が主要な方法となるが、系が非一様である場合、ロードインバランスが問題となるため、ロードバランサーの性能が重要となる。従来使われてきたロードバランサーは中央処理型であり、性能は良好であるものの、全情報を中央ノードに集める必要があることから、1ノードの主記憶容量が計算規模を決めてしまう。そこで、分散処理型のロードバランサーが必要となる。今年度は、分散処理型ロードバランサーとして新しくSkew Boundary (SB)法を開発し、既存の中央処理型と分散処理型のロードバランサーの性能比較を行った。中央処理型のロードバランサとして各軸毎に座標をソートして領域分割を行うGlobal Sort法、再帰的に領域を分割するRecursive Coordinate Bisectioning法を採用し、分散処理型としては単純な一次元分割(1D)、ボロノイ分割、そして新たに提案したSB法を採用、実装した。実際に分子動力学シミュレーションコードにロードバランサーを搭載し、その性能を検証したところ、分散処理型は中央処理型に比べて遜色ない性能を示した。一方で、SB法はロードバランシングが収束しきらないうちに次のステップに進んでしまう、ボロノイ法はロードバランシングのアルゴリズムそのものの実行時間が長い、などの特徴が見られた。SB法はロードバランシングにかかるコスト、通信時間などが安定していたが、他の反復アルゴリズムに比べて収束がやや遅い傾向にあり、今後は収束を早める工夫が必要となる。

Molecular dynamics method is necessary for the parallelization of the atomic structure of the matter, the calculation of the matter, and the calculation of the large size.この时、Short-distance interaction system であれば Domain segmentation によるMain method of parallelization となるが、System が不一様This is the case, the problem of the problem of the problem, the performance of the problem is important. The central processing type, the performance is good, and the full information is used. The main memory capacity of the main memory is the necessary calculation scale.そこで, distributed processing type のロードバランサーがとなる. This year's new decentralized processing type ロードバランサーとして new しくSkew Boundary (SB) Comparison of the performance of the existing central processing type and decentralized processing type のロードバランサーのを行った based on the method. Central processing type of each axis coordinates of each axis, field segmentation, Global Sort method, and again field segmentation, Recursive Coordinate Bisectioning method is adopted, distributed processing type pure one-dimensional segmentation (1D), ボロノイ segmentation, new SB method proposed by そして新たに is adopted, and 実装した. Molecular Dynamics System of Molecular Dynamics The performance of the decentralized processing type and the central processing type is inferior to that of the decentralized processing type.一方で、SB法はロードバランシングが合しきらないうちに时のステップに入んでしまう、ボロノイ法はロードバランシングのアルゴリズムそのものの実行时が长い、などの特徴が见られた. SB method はロードバランシングにかかるコスト, communication time などが安定していたが, his repetition The アルゴリズムに than the べて restraint がやや遅い tendency にあり, the future は restraint を early める time がとなる.