[發(fā)明專利]分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010213790.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111444134A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉衛(wèi)國;邵奇;張庭堅
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F15/173
• 分類號: G06F15/173;G06F15/80;G06F13/28;G16C10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化方法及系統(tǒng)，將計算任務拆分成多份，分配至超級計算平臺的各個從核上，利用從核進行計算；在計算過程中的快速傅里葉變換中，利用數(shù)據(jù)分塊，從核完成矩陣轉(zhuǎn)置的數(shù)據(jù)復制；主核使用DMA的方式獲取各從核的計算結(jié)果，并將各計算結(jié)果合并及向量化，主核使用RDMA技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MPI技術來獲取其他主核的數(shù)據(jù)。本公開能夠使分子動力學模擬軟件順利在超級計算平臺上進行加載，同時能夠提高計算性能。

技術領域

本公開屬于PME的加速優(yōu)化技術領域，涉及一種分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構(gòu)成在先技術。

分子動力學模擬是指利用計算機技術對系統(tǒng)中的分子、原子的運動狀態(tài)進行仿真，從而分析系統(tǒng)中的熱力學量和其他宏觀性質(zhì)。現(xiàn)被廣泛應用于生化、物理、材料等領域的科學研究工作中。

GROMACS是經(jīng)典的分子動力學模擬軟件，其初始設計目的主要用來模擬需要計算很多復雜鍵合作用的生物化學分子體系(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等)內(nèi)粒子的運動情況和體系整體信息變化情況，以獲取足夠的生物化學分子作用力信息支持生物信息領域的研究。但是在實際運用中GROMACS由于其出色的非鍵合作用力計算性能卻在非生物化學分子體系領域取得了意想不到的效果，受到了聚合物等領域研究的青睞，在這些領域的研究中大放異彩。但其在計算原子間相互作用力時有著極其龐大的計算量，串行計算的情況下會產(chǎn)生大量的計算時間，因此很多平臺都對GROMACS進行了并行優(yōu)化。

但據(jù)發(fā)明人了解，很多超級計算機平臺由于自身架構(gòu)不同于Intel及AMD處理器，沒有辦法直接使用現(xiàn)有的GROMACS代碼，不能夠體現(xiàn)出超級計算平臺的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本公開為了解決上述問題，提出了一種分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化方法及系統(tǒng)，本公開能夠使分子動力學模擬軟件順利在超級計算平臺上進行加載，同時能夠提高計算性能。

根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化方法，包括：

將計算任務拆分成多份，分配至超級計算平臺的各個從核上，利用從核進行計算；

在計算過程中的快速傅里葉變換中，利用數(shù)據(jù)分塊，從核完成矩陣轉(zhuǎn)置的數(shù)據(jù)復制；

主核使用DMA的方式獲取各從核的計算結(jié)果，并將各計算結(jié)果合并及向量化，主核使用RDMA技術獲取其他主核的數(shù)據(jù)。

作為進一步的限定，上述各步驟為并行的。

作為進一步的限定，根據(jù)從核的數(shù)量N，將計算數(shù)據(jù)拆分為N份，并將每一份分配到一個從核上。

作為進一步的限定，將原始數(shù)據(jù)分塊，每個從核使用DMA方式在主存中讀取指定塊的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)置并拼接成轉(zhuǎn)置后的連續(xù)內(nèi)存數(shù)據(jù)，并最后將這些連續(xù)數(shù)據(jù)以DMA的方式寫回主存。

作為進一步的限定，數(shù)據(jù)分塊時，讀取和寫回粒度均控制在180B-200B之間。

作為進一步的限定，利用加法操作合并各個從核的計算結(jié)果，使用單指令多數(shù)據(jù)流的方法，優(yōu)化所述加法操作過程。

作為進一步的限定，引入局部數(shù)據(jù)存儲器，用作保存從核所需要的數(shù)據(jù)的存儲器，使用局部數(shù)據(jù)存儲器，用以保存從核所需要的數(shù)據(jù)，每個從核擁有各自的局部數(shù)據(jù)存儲器，原始計算數(shù)據(jù)直接創(chuàng)建在局部數(shù)據(jù)存儲器中。

一種分子動力學模擬軟件的并行PME的加速優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

從核優(yōu)化模塊，被配置為將計算任務拆分成多份，分配至超級計算平臺的各個從核上，利用從核進行計算；