Análise comparativa de simulações de dinâmica molecular em ambientes de alto desempenho / Comparative analysis of molecular dynamic in high performance computing environments

AUTOR(ES)

José Alexandre Junqueira Ribeiro

DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Simulações em dinâmica molecular são utilizados em experimentos computacionais para reproduzir propriedades de líquidos, sólidos ou moléculas. Os N átomos ou moléculas são tratados como massas pontuais e as equações de Newton são integradas a cada passo de tempo para calcular seu movimento. A carga computacional é alta devido à necessidade de calcular forças de interação entre todos os pares de partículas e com complexidade algorítmica O(N2). No caso deste trabalho, as N partículas estão confinadas num domínio bidimensional com condições de contorno periódicas, tendo sido adotado o potencial de Lennard-Jones. O código sequencial em Fortran 90 foi paralelizado usando a biblioteca de comunicação Message Passing Interface (MPI). Um esquema de decomposição por partículas foi adotado de forma a distribuir o domínio, e os cálculos redundantes foram drasticamente reduzidos, utilizando-se a 3ª Lei de Newton. Foi definido um anel lógico, no qual cada processador recebe dados de seu vizinho à esquerda e envia dados para o da direita. Mesmo considerando um potencial que requer o cálculo das interações entre todos os pares de partículas, esse esquema permite uma paralelização eficiente. Resultados de desempenho apresentaram bons speed-ups para até 20000 partículas, para simulação em ambas as máquinas paralelas de memória distribuída. Como esperado, o tempo de comunicação aumenta com N mas, ainda assim, a versão paralela proporcionou uma significativa redução do tempo de execução em relação à versão sequencial. Largura de banda e latência de comunicação também foram analisadas para ambas as arquiteturas.

ASSUNTO(S)

computaÇÃo aplicada dinâmica molecular simulação de algoritmos computadorizados computação paralela forças intermoleculares estrutura molecular computer science molecular dynamics algorithms computerized simulation parallel computers intermolecular forces molecular structure

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