27、并行模拟：从算法到实践

并行模拟：从算法到实践

1. 并行化力计算例程

在并行模拟中，力计算例程的并行化是一个关键环节。 md_lj_omp_module.f90 提供了一个使用 OpenMP 指令并行化的 Lennard - Jones 力计算例程，它可以替代 md_lj_module.f90 。以下是该文件的部分代码：

! md_lj_omp_module.f90
! Force routine for MD simulation , LJ atoms , OpenMP
MODULE md_module

将这个模块与 md_nve_lj.f90 以及附录 A 中描述的实用模块结合，就可以构建一个分子动力学程序。

在并行化力计算时，有两种处理方式。一种简单但粗糙的方法是放弃牛顿第三定律，让内层循环范围为 j = 1 ... N （跳过 j = i ），只在内层循环中更新 fi ，这样力数组 f 可以在所有线程间安全共享，但会增加一倍的工作量。另一种方法是保持循环不变，将力数组添加到归约子句的变量列表中。

2. 并行副本交换

2.1 基本原理

并行副本交换（Replica exchange），也称为并行回火（Parallel tempering），可以在并行计算机上高效实现。以分布式内存机器为例，考虑一个温度阶梯的简单情况，每个独