複雑な多重フローの分子動力学ソリューション

チャレンジ

分子動力学(MD)のシミュレーションは、医療素材、化学、電力および機械電子工学業界で幅広く使われる新しい科学的なコンピューティング方法です。科学者は、より多くの粒子で、またより高いレベルでの、分子動力学シミュレーションを希望しています。しかし、これらの複雑な分子動力学シミュレーションに求められる計算条件は、今日のスーパーコンピュータの能力を遥かに超えています。さらには、どの研究グループも、分子動力学シミュレーションを動かす大型スーパーコンピュータを構築する経済的余裕がある訳ではありません。

ソリューション

複雑な分子動力学シミュレーションの作動という目標を達成するため、中国科学院過程行程研究所(IPE)のLaboratory of Multi-Phase Complex Systemsは、NVIDIA Tesla™ C870 GPUを搭載したコンピューティングシステムを使用しました。このTesla C870 GPUは、様々なアプリケーションに対して、CPUとは桁違いの高いパフォーマンスを実現するこれまでにないNVIDIA CUDA™並列処理アーキテクチャをベースとしています。GPUをベースとした分子動力学シミュレーション方法の能力によって、IPEの研究者は、メゾスコピック性の顕微鏡シミュレーションを作り出すことができます。これは、空洞の流れ、空中粒子の泡の接触といった実現象により立証されています。また、シングルコアCPUを使った方法よりも20から60倍速く動き、シングルTesla C870 GPUで約150ギガのパフォーマンスを実現します。比較すると、CPUでは、2.4ギガのパフォーマンスしか提供されません。Tesla C870 GPUの浮動小数点パフォーマンスは、分子動力学シミュレーションで最も時間のかかる部分である、相互作用する分子対での力の動きの計算においてでも、シングルコアのCPU と比べて20から30倍高速でした。IPEでは、CPUでは不可能だった複雑なマルチフェーズの分子動力学シミュレーションが、GPUより実装可能となりました。

インパクト

CUDAテクノロジとMPIプロトコルを活用し、分子動力学シミュレーションでは、物理的実験が困難な過酷な条件のシミュレーションにも応用できます。これは、分子動力学シミュレーションにおける、注目すべき進歩です。