Направления:

Параллельные вычисления

Применение вычислительных кластеров необходимо для получения результатов на современном уровне. Программы молекулярно-динамического моделирования допускают два способа распараллеливания.

В первом случае распараллеливается алгоритм расчета сил, действующих на частицы, на работу которого приходится основное время выполнения программы (более 80%). Этот метод является универсальным и может применяться для любых программ МД моделирования равновесной и неравновесной плазмы. Метод распараллеливания заключается в следующем. На каждый параллельно выполняющийся процесс выделяется определенное число частиц, для которых рассчитываются силы и интегрируются уравнения движения. После каждого шага по времени процессы должны обменяться друг с другом обновленным координатами частиц. Процесс обмена может быть достаточно долгим в случае использования медленных сетевых протоколов. Именно эта причина является препятствием для эффективного распараллеливания МД программ вообще. Однако, если число частиц достаточно велико, то данный метод все же дает ощутимый рост производительности при расчете на кластере по сравнению с расчетом на персональном компьютере. Так на кластере ФМБФ МФТИ было достигнуто 10-ти кратное увеличение производительности с использованием указанного алгоритма.

Второй метод распараллеливания основан на том, что большинство расчетов требует усреднения по начальным условиям. Траектории с различными начальным условиями могут рассчитываться параллельно на разных вычислительных узлах. Этот метод не требует постоянного обмена данными между процессами, и затраты времени на сетевые коммуникации оказываются минимальны. При реализации данного метода один из вычислительных узлов выделяется в качестве диспетчера. В функции диспетчера входит формирование начальных условий, пересылка их остальным процессам, сбор результатов, их последующее усреднение и дополнительная обработка. При этом диспетчером может являться узел с относительно медленным процессором, но подключенный к наиболее быстрой сетевой шине.