[發明專利]超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法有效
| 申請號： | 202010211397.4 | 申請日： | 2020-03-24 |
| 公開（公告）號： | CN111429974B | 公開（公告）日： | 2023-05-05 |
| 發明（設計）人： | 劉衛國;邵明山;張庭堅 | 申請（專利權）人： | 山東大學 |
| 主分類號： | G16C10/00 | 分類號： | G16C10/00 |
| 代理公司： | 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221 | 代理人： | 李琳 |
| 地址： | 250101 *** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 超級 計算機 平臺 分子 動力學 模擬 短程 并行 優化 方法 | ||
1.一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：包括：
將分子動力學應用中的多個相鄰粒子放在一個組中，形成一個粒子包，實現數據聚集；
將索引ID分解，將緩存行的標記與原始行的標記進行比較，如果相同，則緩存命中，如果該標記與原始標記不同，則緩存未命中；
計算位置的標簽和緩存行，如果緩存命中，只更新寫緩存中的作用力數據，如果緩存未命中，把相應行中的原始數據放到主核內存中，并從主核內存中的獲取需要的緩存行的數據，進行作用力數據的更新，并利用從核在其副本中記錄每個緩存行的更新狀態；
將粒子包中的不同粒子的相同的位置元素改為連續，每個從核在主存中保留臨時內存以存儲由相應從核計算的鄰居列表，將通過收集所有這些鄰居列表來形成鄰接表，將不同從核的鄰居列表作為配對列表連接，完成優化。
2.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：在分子動力學應用中，每四個相鄰粒子放在一個組中，并且總是同時計算同一組中的粒子，將四個粒子的所有數據集中在一個結構中，我們稱之為一個粒子包。
3.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：緩存是否命中以平均內存訪問時間作為衡量標準。
4.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：將局部設備內存中的部分空間作為讀緩存，使用直接映射緩存策略，將緩存行號和緩存行的長度設為2的冪數。
5.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：將索引ID分解為標簽號，行號和偏移號，標簽號表示主核中緩存行的唯一ID，行號是從核中的緩存行索引，偏移數是緩存行中粒子的地址，將緩存行的標記與原始行的標記進行比較，如果它們相同，則意味著緩存行命中，如果該標記與原始標記不同，則緩存未命中。
6.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：如果緩存未命中，從核更新主存中的作用力并獲取主存中該粒子的作用力；
讓每個從核維護一定大小的局部存儲作為更新緩沖，用來累積每個粒子的受力變化，在更新緩沖區中，每個粒子都將映射到一個特定的地址，每個粒子的作用力變化將首先累積在更新緩沖區而不是直接在主存中更新，主存中作用力的更新只會占用更新緩沖區中的一個粒子被另一個粒子替換的時間，實現延遲更新。
7.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：如果緩存未命中，將相應緩存行中的原始數據放到主核內存中，并從主核內存中的獲取所需要的緩存行的數據，然后更新；
或，使用直接映射緩存方法實現延遲更新。
8.如權利要求1所述的一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化方法，其特征是：將外循環中的每個粒子包向量化并與內循環中的粒子進行短程力的計算。
9.一種超級計算機平臺上的分子動力學模擬短程力并行優化系統，其特征是：包括：
數據聚集模塊，被配置為將分子動力學應用中的多個相鄰粒子放在一個組中，形成一個粒子包，實現數據聚集；
讀取模塊，被配置為將索引ID分解，將緩存行的標記與原始行的標記進行比較，如果相同，則緩存命中，如果該標記與原始標記不同，則緩存未命中；
更新模塊，被配置為計算位置的標簽和緩存行，如果緩存命中，只更新寫緩存中的作用力數據，如果緩存未命中，把相應行中的原始數據放到主核內存中，并從主核內存中的獲取需要的緩存行的數據，進行作用力數據的更新，并利用從核在其副本中記錄每個緩存行的更新狀態；
加速鄰接表生成模塊，被配置為將粒子包中的不同粒子的相同的位置元素改為連續，每個從核在主存中保留臨時內存以存儲由相應從核計算的鄰居列表，將通過收集所有這些鄰居列表來形成鄰接表，將不同從核的鄰居列表作為配對列表連接，完成優化。
10.一種超級計算機平臺，其特征是：包括處理器和計算機可讀存儲介質，處理器用于實現各指令；計算機可讀存儲介質用于存儲多條指令，所述指令適于由處理器加載并執行權利要求1-8中任一項所述的分子動力學模擬短程力并行優化方法的步驟。
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