【摘要】：通過生物大分子計算平臺對分子動力學的模擬運算,計算值可以描述分子的運動軌跡,從而揭示原子間的內(nèi)在關系,但這一過程較為復雜且昂貴。作者研究了較低投入下大分子計算平臺的構建與優(yōu)化,在并行GPU條件和CUDA體系下使用AMBER軟件包完成分子動力學的模擬運算。通過對兩個大分子體系的運算,實驗結(jié)果表明計算平臺達到了60倍的計算加速,實現(xiàn)了較高的加速性能,完成了高性價比的高性能計算平臺的建設。
【圖文】：

RESEARCHARTICLEJOURNALOFFOODSCIENCEANDBIOTECHNOLOGYVol.36No.102017YUWei，etal：ConstructionandOptimizationofGPU-BasedComputingPlatformforBiologicalMacromolecules3.1測試體系說明平臺對兩個體系進行了測試，體系參數(shù)如表2所示。表2測試體系Table2Testsystem兩個體系的模擬形狀如圖1所示。測試體系的模擬運算參數(shù)如表3和表4所示。3.2實驗結(jié)果為提高計算精度，計算數(shù)據(jù)使用了雙精度數(shù)據(jù)。在計算平臺上分別使用單核CPU、八核CPU、單GPU和雙GPU對上述DNA和蛋白質(zhì)體系進行了測試。DNA測試結(jié)果如圖2所示，蛋白質(zhì)體系測試結(jié)果如圖3所示。在單CPU、8CPU、1GPU和2GPU條件下對于兩個生物大分子體系的運算加速比如表5所示。實驗與仿真3研究目標體系原子個數(shù)水分子個數(shù)水盒子形狀抗衡離子數(shù)DNA97883043截斷正八面體18（Na+）蛋白質(zhì)126733812六面體3（Na+）圖1DNA與蛋白質(zhì)測試體系的模擬形狀Fig.1ShapeofDNAandproteinaboutsimulationtestsystem表3模擬參數(shù)Table3Simulationparameters體系力場系綜控壓方法控溫方法積分步長總步長DNAAMBERff14SBNPTBerendsenbarostatLangevindynamics2fs5000000蛋白質(zhì)AMBERFf14SBNPTBerendsenbarostatLangevindynamics2fs2500000表4力場參數(shù)Table4Forcefieldparameters體系Lenard-jones勢能截斷值Columb勢氫原子邊界條件DNA12沘ParticleMeshEwaldSHAKE周期性蛋白質(zhì)12沘ParticleMeshEwaldSHAKE周期性圖2DNA體系測試結(jié)果Fig.2ResultofDNAsystem圖3蛋白質(zhì)體系測試結(jié)果Fig.3Resultofproteinsystem1104

RESEARCHARTICLEJOURNALOFFOODSCIENCEANDBIOTECHNOLOGYVol.36No.102017YUWei，etal：ConstructionandOptimizationofGPU-BasedComputingPlatformforBiologicalMacromolecules3.1測試體系說明平臺對兩個體系進行了測試，體系參數(shù)如表2所示。表2測試體系Table2Testsystem兩個體系的模擬形狀如圖1所示。測試體系的模擬運算參數(shù)如表3和表4所示。3.2實驗結(jié)果為提高計算精度，計算數(shù)據(jù)使用了雙精度數(shù)據(jù)。在計算平臺上分別使用單核CPU、八核CPU、單GPU和雙GPU對上述DNA和蛋白質(zhì)體系進行了測試。DNA測試結(jié)果如圖2所示，，蛋白質(zhì)體系測試結(jié)果如圖3所示。在單CPU、8CPU、1GPU和2GPU條件下對于兩個生物大分子體系的運算加速比如表5所示。實驗與仿真3研究目標體系原子個數(shù)水分子個數(shù)水盒子形狀抗衡離子數(shù)DNA97883043截斷正八面體18（Na+）蛋白質(zhì)126733812六面體3（Na+）圖1DNA與蛋白質(zhì)測試體系的模擬形狀Fig.1ShapeofDNAandproteinaboutsimulationtestsystem表3模擬參數(shù)Table3Simulationparameters體系力場系綜控壓方法控溫方法積分步長總步長DNAAMBERff14SBNPTBerendsenbarostatLangevindynamics2fs5000000蛋白質(zhì)AMBERFf14SBNPTBerendsenbarostatLangevindynamics2fs2500000表4力場參數(shù)Table4Forcefieldparameters體系Lenard-jones勢能截斷值Columb勢氫原子邊界條件DNA12沘ParticleMeshEwaldSHAKE周期性蛋白質(zhì)12沘ParticleMeshEwaldSHAKE周期性圖2DNA體系測試結(jié)果Fig.2ResultofDNAsystem圖3蛋白質(zhì)體系測試結(jié)果Fig.3Resultofproteinsystem1104

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