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分子动力学

1.  需求分析


 分子动力学是一门结合物理,数学和化学的综合学科,按照是否用到量子力学原理,有第一性原理分子动力学和经典分子动力学的不同,前者用到量子力学,计算精度高,但计算量大因而计算的体系小,后者基于经典力学,计算准确性偏低,但可研究较大的体系。


 经典分子动力学以牛顿力学来模拟分子体系的运动,首先读取体系中分子的三维坐标、分子的速度、粒子数密度等参数,并选取合适的时间步长、势函数,由势函数计算出分子受到的作用力,再逐步由作用力求得加速度,从而求得一定时间间隔后分子新的速度和位置,经过不断重复计算可得到分子的动力轨迹并最终得到宏观物理参数,就可以与实验数据对照。


 在计算过程中分子力的计算占了大部分时间,由于在计算分子受力的过程中,各个分子的受力计算基本不受影响,因而可以很好的并行计算。


 分子动力学大多为数据并行计算,这非常适合在GPU(图形处理单元)上运行,现在的GPU包含数千个运算单元,可以用来计算密集型的科学应用,为分子建模提供巨大的加速。有效的GPU计算的关键是数据并行算法, 目前常见的分子动力学软件NAMD, VMD, LAMMPS, AMBER, GROMACS等均已发布支持GPU计算的版本,科研人员在不修改软件的情况下,利用GPU可以立即获得6-10倍于主流CPU的计算速度。下面左边的图表显示了VMDGPU上的运行效果,右图是NAMDGPU上运行的的加速情况。


               AMBER中的广义伯恩模拟计算                   NAMDGPUCPU上运行速度对比


2. 解决方案



 竞博首页R20是超静音塔式/4U机架式互转服务器,支持2NVIDIA Tesla GPU计算卡,支持2颗最新一代Intel CPU 处理器,高达56个CPU核心,16DDR4内存插槽,最大支持1TB内存,以及8个3.5寸热插拔硬盘位。竞博首页R20非常适合NAMD, VMD, LAMMPS, AMBER, GROMACS等分子动力学软件的运行,不仅支持常规CPU计算,还支持GPU加速计算。


3. 方案优势

 

 竞博首页R20整机静音设计,既可以放置在办公室像台式机一样使用,又可以转换为4U机架式服务器,放置在机房远程使用,用户使用起来非常方便。4个(×16PCI-E 3.0全高业务插槽,完全满足2NVIDIA Tesla GPU计算卡满负荷运行的带宽要求,支持最新一代Volta GPU,与目前主流CPU相比较,6-10倍加速计算分子动力学软件。支持2颗最新一代Intel Xeon CPU处理器,高达56个CPU核心,CPU计算性能也非常强劲。



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