Моделирование систем, состоящих из большого числа частиц(метод моллекулярной динамики).

Область применения суперкомпьютеров для расчетов методом классической молекулярной динамики (МД) определяется возможностью распараллеливания и развитием МД-моделей различных процессов. В настоящей работе исследовалась параллельная эффективность пакета LAMMPS [1] вплоть до 8 тысяч ядер и его применение для исследования процессов в конденсированных средах. В качестве примеров применения представлены результаты расчетов пластической деформации и разрушения. Для распараллеливания классических МД-задач используются хорошо зарекомендовавшие себя алгоритмы декомпозиции по пространству. На сегодняшний день классические молекулярно-динамические программы позволяют рассматривать системы, состоящие из 1012 атомов [2]. Архитектура суперкомпьютеров накладывает свои ограничения на проведение крупномасштабных расчетов. На МВС-100К МСЦ РАН проведены тестовые расчеты с целью выработки набора рекомендаций для наиболее эффективного проведения расчетов и анализа данных для различных задач, решаемых методом классической МД, для описания которых требуется большое число частиц.

---

Не хотите писать диплом сами? Попробуйте заказать написание дипломной работы по медицине у Work5! Мы выполним работу в соответсвии со всеми требованиями вашего ВУЗа.

---

. Тесты включали в себя расчеты с 1 млрд. атомов и полной загрузкой суперкомпьютера. Определены границы максимального числа частиц и область эффективного использования. В работе исследуются механизмы и скорости пластического деформирования и разрушения металлов и сплавов при высокоскоростном деформировании (106 с?1 и выше), имеющем место в ударно-волновых явлениях, при импульсном воздействии лазерного излучения или корпускулярных пучков. Изучение проводится на основе моделирования методом молекулярной динамики элементарных процессов, а именно: образование, движение и объединение дислокаций и других дефектов, обеспечивающих неупругое деформирование кристаллической решетки (пластичность), а также зарождение и рост полостей (разрушение) [3–5]. На примере актуальной задачи физики высокоскоростного разрушения проведен крупномасштабный расчет разрыва или вскипания растянутой жидкости. Для моделирования использовано 64 млн. атомов и загрузка около 3500 ядер суперкомпьютера МВС-100К. Приводится сопоставление с данными о динамической прочности и пластичности из ударно-волновых экспериментов (подробнее см. [6]).

Обратим внимание на то, что молекулярное моделирование является движителем развития высокопроизводительной вычислительной техники. Изложенные подходы позволяют оценить число частиц, необходимое для исследования того или иного явления или процесса, и указать, ради изучения каких явлений или процессов следует строить все более и более многоядерные системы и разрабатывать их перспективную архитектуру. В статье обсуждена предсказательная сила молекулярного моделирования и его соотношение с натурными испытаниями в инженерной практике. В работе были рассмотрено применение метода классической молекулярной динамики на суперкомпьютерах. Показана эффективность распараллеливания пакета LAMMPS вплоть до 8 тысяч ядер на МВС-100К МСЦ РАН. Даны рекомендации по его эффективному использованию, обсуждается выбор числа частиц и времени расчета. Представлен набор моделей и подходов для молекулярно-динамического моделирования фазовых превращений и разрушения.

1. Plimpton S.J. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics // J. Comp. Phys. 1995. 117. 1–19. 2. Germann T.C., Kadau K. Trillion-atom molecular dynamics becomes a reality // Int. J. of Modern Physics C. 2008. 19. 1315–1319. 3. Куксин А.Ю., Стегайлов В.В., Янилкин А.В. Молекулярно-динамическое моделирование динамики краевой дислокации в алюминии // Докл. РАН. 2008. 420. 467–471. 4. Куксин А.Ю., Янилкин А.В. Кинетическая модель разрушения при высокоскоростном растяжении на примере кристаллического алюминия // Докл. РАН. 2007. 413. 615–619. 5. Kuksin A.Yu., Norman G.E., Stegailov V.V., Yanilkin A.V.Molecular simulation as a scientific base of nanotechnologies in power engineering // J. of Engineering Thermophysics. 2009. 18. 197–226. 6. Pisarev V.V., Kuksin A.Yu., Norman G.E., Stegailov V.V., Yanilkin A.V. Microscopic theory and kinetic model of fracture of liquids // Shock Compression of Condensed Matter. Ed. by M.D. Furnish et al. New York: American Institute of Physics, 2009.