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複雜多相流動分子動力學模擬

挑戰


Molecular dynamics

分子動力學(MD)模擬是一種新興的科學計算方法,現已廣泛應用於醫藥、材料、化學、能源、機電等領域中。科學家需要運行粒子數量更多、圖像精細度更高的MD模擬。然而,這些複雜MD模擬的計算需求已遠遠超出當今超級電腦的能力範圍。此外,為運行MD模擬而打造大型電腦所需的費用非常高昂,並不是每一個研究團體都負擔得起。



解決方案


Molecular dynamics

為實現運行複雜MD模擬這一目標,中國科學院過程工程研究所(IPE)多相複雜系統國家重點實驗室使用了配備NVIDIA® Tesla™ C870 GPU(繪圖處理器)的計算系統。 Tesla C870 GPU(繪圖處理器)基於新型NVIDIA CUDA™並行計算架構,該架構在各種應用程序上均可實現比CPU高10到20倍的性能。基於GPU(繪圖處理器)的MD模擬方式能夠從微觀上模擬直觀行為。過程工程研究所的研究人員通過方腔流以及顆粒-氣泡接觸等實例展示了這種能力,該計算過程速度是以往運用單核CPU計算的20到60倍。單顆Tesla C870 GPU(繪圖處理器)最高性能可達150 Gflops,與之相比,CPU僅能實現2.4 Gflops的性能。在MD模擬最耗時的部分中(計算作用於互動成對分子上的力),Tesla C870 GPU的浮點性能達到了單核CPU的20至30倍。這使得過程工程研究所能夠實現複雜的多相MD模擬,這種模擬在使用CPU時是無法實現的。



影響


Molecular dynamics

通過利用CUDA技術以及MPI協議,MD模擬能夠用於模擬物理實驗難以實現的極端情況。這是MD模擬領域中值得關注的一項全新發展。總體來說,GPU(圖形處理器)在MD模擬上的應用還有巨大的潛力。