碱金属离子在汞金属界面吸附作用的量子化学研究

应用量子化学方法对碱金属离子在汞金属界面的吸附作用进行了研究.选取汞金属界面的3个典型的位置(空穴、桥位和顶点),采用MP2方法计算得到Li+、Na+、K+3种离子在汞表面不同位置的吸附能.结果 表明:3种金属离子都是在空穴位置有较大的吸附能,然后是桥位和顶点位置;对于平衡结构,从Li+到Na+和K+,随着离子半径的增大,离子与汞金属界面的平衡距离在逐渐增大,吸附作用逐渐减弱,而且离子与汞之间的电荷转移在逐渐减小.     

基于文件拆分与高斯消去的线性方程组求解

针对集群系统内存不足导致大规模矩阵无法调入的情况,设计并实现一种基于文件拆分与高斯消去的线性方程组求解算法,将大规模系数矩阵文件连续拆分为多个规模可控的子文件进行存储和计算,使服务器空闲内存小且具有较好的计算能力。在ABEEMσπ模型中的应用结果表明,当Altix3700服务器任务提交量大、CPU占有率高时,该算法仍可以计算出蛋白质分子的电荷分布。     

多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。     

GPU加速分子动力学模拟中的电荷分布计算

在集群与GPU组成的异构并行计算平台上,使用MPI+CUDA混合编程模型,实现基于ABEEMσπ模型的分子动力学模拟中电荷分布的计算.通过对电荷分布分布求解中的计算部分移植到GPU上进行,并针对算法中通信开销大和资源未充分利用的问题,通过异构平台的异步并发方法进行优化,提高了求解效率.性能测试结果表明,相比于单纯MPI并行算法,优化后GPU加速的异构并行算法,在化学大分子模型电荷分布计算上,有着明显的性能优势.     

应用ABEEM/MM研究Al(Ⅲ)离子水分子体系

采用高水平的从头算方法,对铝离子水分子团簇 Al3+-(H2O)n(n=1-6)在 MP2/6-31++G(d,p)水平下进行了结构的研究.采用了BSSE校正且在MP2/6-311++G(2d,2p)水平下对能量进行了计算,并运用原子-键电负性均衡浮动电荷模型(ABEEM/MM),确定了Al3+-H2O的参数,将Al3+-H2O参数应用于Al3+-(H2O)n(n=1-6)体系中,计算内容包括结合能和连续结合能等,所得结果和从头算的结果符合较好.     

基于MPICUDA环境的静电相互作用能并行求解

ABEEMσπ(Atom BondElectronegativityEqualizationσπModel)模型中,原串行程序求静电相互作用能的方法非常耗时,致使研究问题的效率降低.针对原程序中多个循环相互嵌套的求解部分,采用带状卷帘存储迭代分配的MPI(MessagePassingInter face)并行化处理;对体系中所有原子、σ键、孤对电子、π键位点之间的静电相互作用能采用多线程CUDA(ComputerUnifiedDevice Architecture)并行化处理.传统MPI+CUDA环境中,GPU和CPU之间的数据传输开销大,导致整体性能下降以及各种粒子间计算串行调用CUDA,致使时间浪费.针对上述情况,使用GPU核心的缓存机制解决传输开销大的问题,并利用多CUDA流技术实现多个循环异步进行计算,从而缩短了运行时间.然后选取多个不同类型的大分子体系进行测试,结果表明,利用改进的MPI+CUDA并行模型进行动力学模拟,并行加速比显著提高,大幅度缩减了求解静电相互作用能的时间,并得到与串行一致的结果.