Молекулярное моделирование на графических процессорах

Моделирование ионной жидкости на графическом процессоре ( Abalone )

Молекулярное моделирование на графическом процессоре — это метод использования графического процессора (ГП) для молекулярного моделирования . ^[1]

В 2007 году компания NVIDIA представила видеокарты, которые можно было использовать не только для отображения графики, но и для научных расчетов. Эти карточки содержат множество арифметических единиц (по состоянию на 2016 год). ^[update], до 3584 в Tesla P100), работающих параллельно. Задолго до этого события вычислительные мощности видеокарт использовались исключительно для ускорения графических вычислений. Новым было то, что NVIDIA позволила разрабатывать параллельные программы в интерфейсе прикладного программирования (API) высокого уровня под названием CUDA . Эта технология существенно упростила программирование, позволив писать программы на C / C++ . Совсем недавно OpenCL позволил обеспечить кроссплатформенное ускорение графического процессора.

Квантово-химические расчеты ^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]^[7] и молекулярной механики моделирование ^[8]^[9]^[10] ( молекулярное моделирование с точки зрения классической механики ) являются одними из полезных применений этой технологии. Видеокарты способны ускорять вычисления в десятки раз, поэтому ПК с такой картой имеет мощность, аналогичную мощности кластера рабочих станций на базе обычных процессоров.

Программное обеспечение для молекулярного моделирования с ускорением графическом на процессоре

Программы [ править ]

Морское ушко – молекулярная динамика ( тест )
ACEMD на графических процессорах с г. 2009
AMBER в версии для графических процессоров
Ascalaph Версия для графических процессоров – Ascalaph Liquid GPU
AutoDock – Молекулярный стыковка
Программа BigDFT Ab initio на основе вейвлета
BrianQC Квантовая химия ( HF и DFT ) и молекулярная механика
Blaze Виртуальный скрининг на основе лиганда
CHARMM – Молекулярная динамика [1]
CP2K Ab initio молекулярная динамика
Desmond (программное обеспечение) на графических процессорах, рабочих станциях и кластерах
Firefly (ранее PC GAMESS)
FastROCS
GOMC — механизм моделирования Монте-Карло, оптимизированный для графического процессора
GPIUTMD – графические процессоры для многочастичной динамики
GPUMD - легкий код молекулярной динамики общего назначения.
GROMACS на графических процессорах ^[11]
HALMD – высокоускоренный крупномасштабный пакет MD
HOOMD-blue. Архивировано 11 ноября 2011 г. в Wayback Machine - Высокооптимизированная объектно-ориентированная многочастичная динамика - Blue Edition.
LAMMPS на версии GPU – лампы для ускорителей
LIO Оптимизированный для графического процессора код DFT — [2]
Octopus поддерживает OpenCL.
oxDNA — крупномасштабное моделирование ДНК и РНК на графических процессорах.
PWmat - Моделирование функциональной теории плотности плоских волн
РУМД - Университет молекулярной динамики Роскилле ^[12]
TeraChem - Квантовая химия и ab initio молекулярная динамика
TINKER о графических процессорах. ^[13]
VMD и NAMD на версиях графических процессоров
YASARA запускает MD-моделирование на всех графических процессорах с использованием OpenCL .

API [ править ]

BrianQC - имеет открытый API уровня C для моделирования квантовой химии на графических процессорах, предоставляет версию Q-Chem и PSI с ускорением на графическом процессоре.
OpenMM - API для ускорения молекулярной динамики на графических процессорах, версия 1.0 предоставляет версию GROMACS с ускорением на графическом процессоре.
mdcore — с открытым исходным кодом независимая от платформы библиотека с общей памятью . для моделирования молекулярной динамики в современных параллельных архитектурах

Проекты распределенных вычислений [ править ]

GPUGRID Распределенная суперкомпьютерная инфраструктура
Folding@home Проект распределенных вычислений

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Стоун Дж.Э., Филлипс Дж.К., Фреддолино П.Л., Харди DJ, Трабуко Л.Г., Шультен К. (декабрь 2007 г.). «Ускорение приложений молекулярного моделирования с помощью графических процессоров». Журнал вычислительной химии . 28 (16): 2618–2640. CiteSeerX 10.1.1.466.3823 . дои : 10.1002/jcc.20829 . ПМИД 17894371 . S2CID 15313533 .
^ Ясуда К. (август 2008 г.). «Ускорение вычислений функциональной плотности с помощью графического процессора». Журнал химической теории и вычислений . 4 (8): 1230–1236. дои : 10.1021/ct8001046 . ПМИД 26631699 .
^ Ясуда К. (февраль 2008 г.). «Двухэлектронный интегральный анализ на графическом процессоре». Журнал вычислительной химии . 29 (3): 334–342. CiteSeerX 10.1.1.498.364 . дои : 10.1002/jcc.20779 . ПМИД 17614340 . S2CID 8078401 .
^ Фогт Л., Оливарес-Амая Р., Кермес С., Шао Ю., Амадор-Бедолла С., Аспуру-Гузик А. (март 2008 г.). «Ускорение квантово-химических расчетов Мёллера-Плессе второго порядка с разрешением идентичности с помощью графических процессоров» . Журнал физической химии А. 112 (10): 2049–2057. Бибкод : 2008JPCA..112.2049V . дои : 10.1021/jp0776762 . ПМИД 18229900 . S2CID 4566211 .
^ Уфимцев И.С., Мартинес Т.Дж. (февраль 2008 г.). «Квантовая химия на графических процессорах. 1. Стратегии двухэлектронного интегрального анализа». Журнал химической теории и вычислений . 4 (2): 222–231. дои : 10.1021/ct700268q . ПМИД 26620654 .
^ Иван С. Уфимцев и Тодд Дж. Мартинес (2008). «Графические процессоры для квантовой химии». Вычисления в науке и технике . 10 (6): 26–34. Бибкод : 2008CSE....10f..26U . дои : 10.1109/MCSE.2008.148 . S2CID 10225262 .
^ Торнаи Г.Я., Ладжански И., Рак А, Киш Г., Черей Г. (октябрь 2019 г.). «Расчет квантово-химических двухэлектронных интегралов с применением технологии компилятора на графическом процессоре». Журнал химической теории и вычислений . 15 (10): 5319–5331. дои : 10.1021/acs.jctc.9b00560 . ПМИД 31503475 . S2CID 202555796 .
^ Джошуа А. Андерсон; Крис Д. Лоренц; А. Травессет (2008). «Моделирование молекулярной динамики общего назначения, полностью реализованное на графических процессорах». Журнал вычислительной физики . 227 (10): 5342–5359. Бибкод : 2008JCoPh.227.5342A . CiteSeerX 10.1.1.552.2883 . дои : 10.1016/j.jcp.2008.01.047 .
^ Кристофер И. Родригес; Дэвид Дж. Харди; Джон Э. Стоун; Клаус Шультен и Вен-Мэй В. Хву. (2008). «ГПУ-ускорение парных потенциалов отсечки для приложений молекулярного моделирования». В CF'08: Материалы конференции по вычислительным технологиям 2008 г., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США : 273–282.
^ Питер Х. Колберг; Феликс Хёфлинг (2011). «Высокоускоренное моделирование стеклянной динамики с использованием графических процессоров: предостережения по поводу ограниченной точности вычислений с плавающей запятой». Вычислить. Физ. Коммун . 182 (5): 1120–1129. arXiv : 0912.3824 . Бибкод : 2011CoPhC.182.1120C . дои : 10.1016/j.cpc.2011.01.009 . S2CID 7173093 .
^ Юсиф Р.Х. (2020). «Изучение молекулярных взаимодействий между неокулином и рецепторами сладкого вкуса человека с помощью вычислительных подходов» (PDF) . Сайнс Малайзия . 49 (3): 517–525. дои : 10.17576/jsm-2020-4903-06 .
^ Бэйли Н., Ингебригтсен Т., Хансен Дж.С., Вельдхорст А., Бёлинг Л., Лемаршан С. и др. (14 декабря 2017 г.). «RUMD: пакет молекулярной динамики общего назначения, оптимизированный для использования аппаратного обеспечения графического процессора до нескольких тысяч частиц» . SciPost Физика . 3 (6): 038. arXiv : 1506.05094 . Бибкод : 2017ScPP....3...38B . дои : 10.21468/SciPostPhys.3.6.038 . ISSN 2542-4653 . S2CID 43964588 .
^ Харгер М., Ли Д., Ван З., Далби К., Лагардер Л., Пикемаль Дж.П. и др. (сентябрь 2017 г.). «Tinker-OpenMM: Абсолютная и относительная алхимическая свободная энергия с использованием AMOEBA на графических процессорах» . Журнал вычислительной химии . 38 (23): 2047–2055. дои : 10.1002/jcc.24853 . ПМЦ 5539969 . ПМИД 28600826 .

Внешние ссылки [ править ]

Больше ссылок на классическую и квантовую химию на графических процессорах

[1] Стоун Дж.Э., Филлипс Дж.К., Фреддолино П.Л., Харди DJ, Трабуко Л.Г., Шультен К. (декабрь 2007 г.). «Ускорение приложений молекулярного моделирования с помощью графических процессоров». Журнал вычислительной химии . 28 (16): 2618–2640. CiteSeerX 10.1.1.466.3823 . дои : 10.1002/jcc.20829 . ПМИД 17894371 . S2CID 15313533 .

[2] Ясуда К. (август 2008 г.). «Ускорение вычислений функциональной плотности с помощью графического процессора». Журнал химической теории и вычислений . 4 (8): 1230–1236. дои : 10.1021/ct8001046 . ПМИД 26631699 .

[3] Ясуда К. (февраль 2008 г.). «Двухэлектронный интегральный анализ на графическом процессоре». Журнал вычислительной химии . 29 (3): 334–342. CiteSeerX 10.1.1.498.364 . дои : 10.1002/jcc.20779 . ПМИД 17614340 . S2CID 8078401 .

[4] Фогт Л., Оливарес-Амая Р., Кермес С., Шао Ю., Амадор-Бедолла С., Аспуру-Гузик А. (март 2008 г.). «Ускорение квантово-химических расчетов Мёллера-Плессе второго порядка с разрешением идентичности с помощью графических процессоров» . Журнал физической химии А. 112 (10): 2049–2057. Бибкод : 2008JPCA..112.2049V . дои : 10.1021/jp0776762 . ПМИД 18229900 . S2CID 4566211 .

[5] Уфимцев И.С., Мартинес Т.Дж. (февраль 2008 г.). «Квантовая химия на графических процессорах. 1. Стратегии двухэлектронного интегрального анализа». Журнал химической теории и вычислений . 4 (2): 222–231. дои : 10.1021/ct700268q . ПМИД 26620654 .

[6] Иван С. Уфимцев и Тодд Дж. Мартинес (2008). «Графические процессоры для квантовой химии». Вычисления в науке и технике . 10 (6): 26–34. Бибкод : 2008CSE....10f..26U . дои : 10.1109/MCSE.2008.148 . S2CID 10225262 .

[7] Торнаи Г.Я., Ладжански И., Рак А, Киш Г., Черей Г. (октябрь 2019 г.). «Расчет квантово-химических двухэлектронных интегралов с применением технологии компилятора на графическом процессоре». Журнал химической теории и вычислений . 15 (10): 5319–5331. дои : 10.1021/acs.jctc.9b00560 . ПМИД 31503475 . S2CID 202555796 .

[8] Джошуа А. Андерсон; Крис Д. Лоренц; А. Травессет (2008). «Моделирование молекулярной динамики общего назначения, полностью реализованное на графических процессорах». Журнал вычислительной физики . 227 (10): 5342–5359. Бибкод : 2008JCoPh.227.5342A . CiteSeerX 10.1.1.552.2883 . дои : 10.1016/j.jcp.2008.01.047 .

[9] Кристофер И. Родригес; Дэвид Дж. Харди; Джон Э. Стоун; Клаус Шультен и Вен-Мэй В. Хву. (2008). «ГПУ-ускорение парных потенциалов отсечки для приложений молекулярного моделирования». В CF'08: Материалы конференции по вычислительным технологиям 2008 г., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США : 273–282.

[10] Питер Х. Колберг; Феликс Хёфлинг (2011). «Высокоускоренное моделирование стеклянной динамики с использованием графических процессоров: предостережения по поводу ограниченной точности вычислений с плавающей запятой». Вычислить. Физ. Коммун . 182 (5): 1120–1129. arXiv : 0912.3824 . Бибкод : 2011CoPhC.182.1120C . дои : 10.1016/j.cpc.2011.01.009 . S2CID 7173093 .

[11] Юсиф Р.Х. (2020). «Изучение молекулярных взаимодействий между неокулином и рецепторами сладкого вкуса человека с помощью вычислительных подходов» (PDF) . Сайнс Малайзия . 49 (3): 517–525. дои : 10.17576/jsm-2020-4903-06 .

[12] Бэйли Н., Ингебригтсен Т., Хансен Дж.С., Вельдхорст А., Бёлинг Л., Лемаршан С. и др. (14 декабря 2017 г.). «RUMD: пакет молекулярной динамики общего назначения, оптимизированный для использования аппаратного обеспечения графического процессора до нескольких тысяч частиц» . SciPost Физика . 3 (6): 038. arXiv : 1506.05094 . Бибкод : 2017ScPP....3...38B . дои : 10.21468/SciPostPhys.3.6.038 . ISSN 2542-4653 . S2CID 43964588 .

[13] Харгер М., Ли Д., Ван З., Далби К., Лагардер Л., Пикемаль Дж.П. и др. (сентябрь 2017 г.). «Tinker-OpenMM: Абсолютная и относительная алхимическая свободная энергия с использованием AMOEBA на графических процессорах» . Журнал вычислительной химии . 38 (23): 2047–2055. дои : 10.1002/jcc.24853 . ПМЦ 5539969 . ПМИД 28600826 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]