计算生物学中的高性能计算（Ⅰ）—分子动力学.pdfVIP

CN 43—1258／TP 计算机工程与科学 第 36卷第 12期 2014年 l2月 ISSN 1OO7—13OX ComputerEngineering ＆ Science Vo1．36．NO．12，Dec．2Ol4 文章编号 ：1007-130X(2014)12-2242—09 计算生物学中的高性能计算 (I)一分子动力学 王 涛 (上海超级计算中心，上海 201203) 摘 要 ：分子动力学是高性能计算应用的重要领域 ，大量的高性能计算资源或机时被用于分子动力学 模拟。描述 了分子动力学的计算方法和特点，包括常用并行算法、性能改进方式等 ，介绍 了常用的分子动 力学大规模并行计算软件及其功能特性 ，最后展望了分子动力学模拟的发展与挑战。 关键词 ：高性能计算应用；分子动力学；计算生物学 中图分类号 ：064l；TP301 文献标志码 ：A doi：10．3969／i．issn．1007—13OX．2O14．12．002 High performancecomputing in computationalbiology(I)一 moleculardynamics W ANG Tao (ShanghaiSupercomputerCenter，Shanghai201203，China) Abstract：Moleculardynamicsisoneimportantarea ofhigh performancecomputing applications． Lotsofhighperformancecomputingresourcesorcomputing cyclesareallocatedtomoleculardynamics simulations．Thecomputingmethodsandfeaturesofmoleculardynamics，includingcommonlyusedparal— lelalgorithmsandperformanceimprovementapproaches，aredescribed．Severalmostoftenusedmassive— lyparallelsimulationsoftwaresinmoleculardynamicsandtheirfeaturesareintroduced．Finally，thede velopmentsandchallengesofmoleculardynamicssimulationsareviewed． Keywords：highperformancecomputingapplication；moleculardynamics；computationalbiology 谔方程计算量过大，在实际应用 中是不可行的，只 1 引言 能采用更加简化的手段 。对于这类体系，全原子分 子动力学MD(MolecularDynamics)模拟是一种有 在生物学研究中，为了理解生物细胞中发生的 效的研究手段 。 各种生物化学过程 ，人们需要详细地了解生物大分 全原子分子动力学模拟的速度和准确性在过 子，如蛋白质、核酸等，在多个时间和空间尺度下的 去的几年里已经有了显著提高 ，它的基本形式和步 结构 、动力学和功能等 ，以及这些生物分子之间动 骤主要由三部分计算组成l2]：确定体系能量和原子 态相互作用的具体细节 。实验手段可以得到生物 中心作用力 ，根据作用力情况在一定 的时间长度 分子的静态结构 ，提供生物分子的动力学信息，但 (时问步)内移动原子 ，调