基于SMP集群的激光化學反應模擬并行算法的研究.pdf

1、激光化學反應模擬是利用計算機手段模擬分子在不同參數(shù)條件激光照射下發(fā)生化學反應的現(xiàn)象，計算機模擬可以得到光化學反應過程，使某些瞬間反應的具體細節(jié)得以研究，為實際化學反應提供理論指導。在分子及電子水平上，半經(jīng)典分子動力學模擬方法可以對激光化學反應模擬進行精確的理論研究，并且與真實的實驗極為相似。因此，大分子體系的半經(jīng)典分子動力學模擬計算方法的研究便成為一個十分必要的研究課題。
　　 為了縮短半經(jīng)典分子動力學模擬的運算時間，提高運算效

2、率，本文根據(jù)并行計算技術(shù)的設計方法，對半經(jīng)典分子動力學模擬的計算模型進行了并行算法的設計與實現(xiàn)。
　　 對半經(jīng)典分子動力學模擬計算的串行算法進行測試分析，當模擬的粒子C原子個數(shù)達到五百個時，vel-verlet模塊即力計算模塊占整個模擬程序運行時間的96.85％，采用并行計算對該模塊進行并行優(yōu)化是十分必要的，也具有十分重要的意義。
　　 運用OpenMP并行技術(shù)，對半經(jīng)典分子動力學模擬的計算模型進行線程級并行程序設計，并

3、分別在行列劃分矩陣和分塊劃分矩陣下，對并行設計模型進行測試對比分析。在十六個線程參與模擬五百個C原子的情況下，行列劃分并行運算時間縮短到原來的1/20，加速比達到了十四倍，并行效率也達到了80％以上；分塊劃分并行運算時間縮短了兩個數(shù)量級，加速比達到了六倍，并行效率也達到了30％以上。并且分塊劃分比行列劃分更能縮短時間，為大分子體系的模擬提供了可能性。
　　 運用OpenMP+MPI混合模型并行技術(shù)，對半經(jīng)典分子動力學模擬的計算模

4、型進行混合并行程序設計，并構(gòu)建SMP集群系統(tǒng)，在線程和進程兩級并行程序下進行測試對比分析。在十六顆CPU參與模擬三百個C原子的情況下，并行運算時間為773.716s，加速比達到了六倍，并行效率達到了70％以上。為大分子體系在不同平臺下的擴展提供了可能性。
　　 對力計算并行程序進行整體分析，在五百個C原子參與運算的情況下，串行程序中力計算模塊占整個程序運算時間的96％以上，而并行程序中有十六個CPU參與運算的情況下，力計算模塊降