23、千万亿次平台上的生物分子模拟进展

千万亿次平台上的生物分子模拟进展

1. 引言

随着计算技术的进步，千万亿次（Petaflop）计算环境已经成为现实。这些强大的计算平台为生物分子模拟提供了前所未有的机遇和挑战。本文将探讨将生物分子模拟扩展到大规模并行机器上所涉及的问题，特别是基于IBM蓝色基因/L（Blue Gene/L）的经验。我们将详细介绍在这些平台上进行生物分子模拟时遇到的技术挑战，以及如何确保长时间尺度模拟的准确性和稳定性。

2. 挑战和问题

2.1 分子模拟环境的创建

IBM的蓝色基因项目旨在通过构建一个千万亿次级的机器，同时在计算机系统的各个方面推进技术前沿，并利用由此工作带来的计算能力，探索生命科学领域的重要问题。蓝色基因/L是蓝色基因家族的第一个成员，其最大安装系统在劳伦斯利弗莫尔国家实验室，拥有65,536个节点，理论峰值性能为360万亿次浮点运算/秒。我们在位于IBM托马斯·J·沃森研究中心（BGW）的20,480节点、112万亿次浮点运算/秒峰值性能的蓝色基因/L系统上进行了大量的应用开发和科学模拟。

在创建分子模拟环境的过程中，我们遇到了多个挑战：

• 内存限制 ：蓝色基因/L的每个节点内存非常小，这迫使我们开发了一种计算密集型的分子动力学核心，以减少代码的内存占用。
• 并行分解 ：为了充分利用大规模并行计算的能力，我们需要将分子动力学领域的复杂性与所需的并行通信复杂性分开，从而使领域专家可以专注于核心问题，而不必深入理解并行计算的具体实现。

2.2 并行算法和编程模型