|
XVIII Симпозиум по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул и школа "Компьютерное моделирование структуры и межмолекулярных взаимодействий в конденсированных фазах" 20–24 июня 2016 года, Ярославль |
|
|
|
|
|
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СУПЕРКОМПЬЮТЕРА «ЛОМОНОСОВ». МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ Е.С. Алексеев, Т.В. Богдан Химический факультет Московского государственного
университета им. М.В. Ломоносова Благодаря развитию компьютерных технологий и вычислительных методов, компьютеры играют важную роль в повседневной жизни. Значительная часть современных исследовательских работ использует компьютерное моделирование – либо как основной метод исследования, либо для подтверждения предложенных теорий. В применении к химии современные компьютерные мощности позволяют проводить моделирование больших объектов, таких как биологические системы, или моделировать процессы, которые в реальном времени имеют характерное время порядка микросекунды. Решения подобных задач сопряжены со значительным использованием компьютерных ресурсов. Некоторые из них в принципе невозможно осуществить с помощью персональных компьютеров, а для других может потребоваться время, превосходящее разумные пределы. Например, моделирование методом классической молекулярной динамики системы, состоящей из 16000 атомов, с длиной траектории 1 нс на современном компьютере требует примерно 36 часов расчетного времени. В то же время моделирование биологических процессов (размер объектов в среднем от 30000 атомов, необходимая длина траектории от 500 нс) согласно грубой аппроксимации потребует не менее 1500 дней для расчета на персональном компьютере. Существует несколько способов решения подобных
ресурсоемких задач, например, можно объединить мощности нескольких
компьютеров в один - создать кластер и использовать его для проведения расчетов. Если
производительность полученного кластера значительно превышает возможности «обычных» вычислительных машин, он будет классифицирован как
суперкомпьютер. Так, производительность самого слабого суперкомпьютера в
рейтинге Top 500 [1] почти в 1000 раз превышает пиковую производительность
современного персонального компьютера. На территории России существует 7
суперкомпьютерных комплексов (СКЦ), попавших в рейтинг Top 500, два из
которых находятся на территории Московского государственного университета: 36
место – «Ломоносов-2» (2575.9 TFLOPS) и 95 – «Ломоносов» (1700.2 TFLOPS) [1]. Доступ к любому из них открыт для всех
желающих при соблюдении определенных требований [2]. Архитектура суперкомпьютерных комплексов приводит к невозможности работы с ними в привычном режиме, т.е. для успешной работы на суперкомпьютере от пользователя требуется дополнительный уровень компьютерной подготовки. Так, отсутствие какого-либо графического окружения делает невозможным работу с программами, использующими только графические интерфейсы (например, HyperChem [3]), тогда как Gaussian [4], позволяющий запустить задачу через командную строку, доступен на суперкомпьютере «Ломоносов». В настоящей лекции будут освещены основные аспекты
работы на суперкомпьютерном комплексе и пути решения задач, связанных с
молекулярно-динамическим моделированием биологических систем. Будут
рассмотрены все шаги от создания рабочего окружения до анализа полученных
данных на примере моделирования мембранного рецептора 1.
Top 500 [электронный ресурс]: http://www.top500.org/. 2.
СКЦ МГУ [электронный ресурс]: http://parallel.ru/. 3. HyperChem Professional 7.51,
Hypercube, Inc., 4. Gaussian 09, Gaussian, Inc., |