引用格式:刘忠亮，李晓霞*，石静，郭力，孔滨，杨小震，分子动力学模拟LINCS约束算法的GPU并行化, 计算机与应用化学, 2012, 29(8)907-912

标题：分子动力学模拟LINCS约束算法的GPU并行化

作者: 刘忠亮，李晓霞*，石静，郭力，孔滨，杨小震；中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室：高性能计算与化学信息学课题组;中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室

关键词: 分子动力学（MD）, LINCS约束算法, GPU, CUDA, GROMACS;

摘要：分子动力学模拟(Molecular Dynamics, MD)是计算化学和生物模拟领域一种重要的计算手段，由于计算强度大，目前MD可模拟的时空尺度还不能满足真实物理过程的需要，计算速度是其主要瓶颈之一。2007年以来，比CPU具有更强大的存储器带宽和计算能力的GPU(Graphics Processing Units)的可编程能力获得了显著提升，为数值计算的并行加速提供了一种新的选择。除了使用并行技术加速MD，合理地使用约束算法可增大模拟的时间步长以降低MD计算量。本文首次建立了GPU加速的LINCS(Linear Constraint Solver)约束算法GMD_LINCS,使用线程组织、合并访问、全局同步等对其进行了优化。GMD_LINCS是基于GPU的MD程序(GMD)的约束算法部分。采用GROMACS官网提供的基准算例二氢叶酸还原酶(DHFR)对GMD_LINCS的测试结果表明，GMD_LINCS程序和GROMACS 4.5.3 CPU版本的计算精度吻合较好。对含有19万个粒子(27条链)的聚丙烯腈(PAN)算例的测试结果表明，GMD_LINCS程序的计算性能获得明显提升，比GROMACS 4.5.3相应的LINCS约束算法的单核CPU性能可加速约17倍、是其八核CPU性能的4.5倍左右。