本發(fā)明專利技術(shù)提供一種鄰居粒子對搜索方法，適用于配置成執(zhí)行分子動力學(xué)計算的眾核處理系統(tǒng)；該方法包括：分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對；其中，對于各主粒子，均在其所處計算區(qū)域內(nèi)的其余粒子中確定該主粒子的鄰粒子；從而在各計算區(qū)域內(nèi)建立該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種采用該鄰居粒子對搜索方法的分子動力學(xué)計算方法及其眾核處理系統(tǒng)，本發(fā)明專利技術(shù)針對鄰粒子所處不同區(qū)域進行區(qū)分的鄰居搜索方法，從而有利于根據(jù)鄰粒子所處的區(qū)域采用不同的計算方式，充分發(fā)揮眾核處理系統(tǒng)的從核處理能力。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，特別涉及面向眾核處理器的鄰居粒子對搜索、分子動力學(xué)計算方法及應(yīng)用該方法的眾核處理系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
近年來多核設(shè)計逐漸成為高性能發(fā)展的趨勢和學(xué)術(shù)研究的熱點。多核處理器按照集成方式可以分為同構(gòu)多核處理器和異構(gòu)多核處理器。同構(gòu)多核處理器在一個芯片內(nèi)集成了多個同構(gòu)的處理器核，所有處理器核都運行完整的操作系統(tǒng)，面向相同的工作負載。因此，基于同構(gòu)處理器的程序其設(shè)計實現(xiàn)相對簡單。目前這一類處理器已經(jīng)全面推向市場。異構(gòu)多核處理器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上與同構(gòu)多核處理器相比具有完全不同的特性。異構(gòu)多核處理器的一個芯片內(nèi)集成了多個異構(gòu)的處理器核，包括少數(shù)功能完備的處理器核，稱之為主處理器核(又稱主核，如Cell中的PPE，Godson中的Sync Node)，主要完成控制密集的操作；以及大量功能受限的核心，我們稱之為從處理器核(又稱從核，如Cell中的SPE，Godson中的Tile Node),主要完成數(shù)據(jù)密集的操作。—般來說，一個主核和多個從核構(gòu)成一個核組，多個核組構(gòu)成一個完整的芯片。由于完整處理器核的邏輯復(fù)雜，受生產(chǎn)工藝的限制同構(gòu)多核處理器能夠集成的處理器核較少(一般為數(shù)十個)，而異構(gòu)多核處理器由于從核邏輯功能簡單可以集成的處理器核眾多(64個以上)，所以通常也稱異構(gòu)多核處理器為眾核處理器(many-core processor)。分子動力學(xué)模擬是高性能計算的重要應(yīng)用領(lǐng)域，GR0MACS是一款功能強大的開源的分子動力學(xué)模擬軟件，其研究范圍可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶體和生物分子溶液，其在模擬大量分子系統(tǒng)的牛頓運動方面具有極大的優(yōu)勢，由于進行了大量的算法優(yōu)化，該軟件計算性能可達同類軟件的3到10倍，但仍然無法滿足分子動力學(xué)模擬日益發(fā)展的計算需求。GR0MACS向眾核處理器移植時，進程中的控制密集的操作在主核上進行，計算密集的操作在從核上進行，從而充分發(fā)揮從核的高速計算性能，實現(xiàn)進程內(nèi)的加速。然而，利用現(xiàn)有技術(shù)將GR0MACS向眾核處理器移植時，存在并行效率低以及數(shù)據(jù)寫沖突等問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術(shù)提供一種面向眾核處理器的鄰居粒子對搜索方法及分子動力學(xué)計算方法、及應(yīng)用上述方法的眾核處理系統(tǒng)，使得眾核處理器系統(tǒng)實現(xiàn)進程內(nèi)的加速運算，進一步縮短了程序運行時間，并解決寫沖突的問題。為解決上述問題，本專利技術(shù)實施例提供了一種鄰居粒子對搜索方法，適用于配置成執(zhí)行分子動力學(xué)計算的眾核處理系統(tǒng)；該方法包括分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對；其中，對于各主粒子，均在其所處計算區(qū)域內(nèi)的其余粒子中確定該主粒子的鄰粒子；從而在各計算區(qū)域內(nèi)建立該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。可選地，所述的鄰居粒子對搜索方法，還包括在所述鄰居粒子對信息中記錄主粒子和鄰粒子之間相互作用力的計算方式。可選地，所述的鄰居粒子對搜索方法，還包括，對于各主粒子，進一步在其所處計算區(qū)域邊界的粒子中確定該主粒子的鄰粒子。可選地，所述的鄰居粒子對搜索方法，還包括，在所述鄰居粒子對信息中記錄主粒子和鄰粒子之間相互作用力的計算方式。可選地，所述的鄰居粒子對搜索方法，還包括，第一計算方式；第二計算方式。可選地，所述的鄰居粒子對搜索方法，還包括，以列表形式記錄所述各計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。 本專利技術(shù)實施例還提供一種分子動力學(xué)計算方法，適用于眾核處理系統(tǒng)；該方法包括分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對；其中，對于各主粒子，均在其所處計算區(qū)域內(nèi)的其余粒子中確定該主粒子的鄰粒子；基于各計算區(qū)域內(nèi)建立的該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息，計算各主粒子的受力。可選地，所述建立鄰居粒子對信息還包括記錄主粒子和鄰粒子之間相互作用力的計算方式。可選地，所述的分子動力學(xué)計算方法還包括，以列表形式記錄所述各計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。可選地，所述的分子動力學(xué)計算方法采用第一計算方式計算各主粒子的受力，所述第一計算方式不采用牛頓第三定律。可選地，所述分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對還包括對于各主粒子，進一步在其所處計算區(qū)域邊界的粒子中確定該主粒子的鄰粒子。可選地，所述的分子動力學(xué)計算方法還包括，以列表形式記錄所述各計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。可選地，所述的分子動力學(xué)計算方法，對于鄰粒子為計算區(qū)域邊界粒子的各主粒子，采用第二計算方式計算該各主粒子的受力，所述第二計算方式采用牛頓第三定律。本專利技術(shù)實施例還提供一種眾核處理系統(tǒng)，適用于分子動力學(xué)計算，包括主處理器核和多個從處理器核該眾核處理系統(tǒng)包括鄰居粒子對搜索模塊及計算模塊；其中，所述鄰居粒子對搜索模塊適用于分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對；其中，對于各主粒子，均在其所處計算區(qū)域內(nèi)的其余粒子中確定該主粒子的鄰粒子；所述計算模塊基于鄰居粒子對搜索模塊在各計算區(qū)域內(nèi)建立的該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息，計算各主粒子的受力。可選地，對于各主粒子，所述鄰居粒子對搜索模塊進一步適用于在其所處計算區(qū)域邊界的粒子中確定該主粒子的鄰粒子。可選地，所述鄰居粒子對搜索模塊進一步適用于在所述鄰居粒子對信息中記錄主粒子和鄰粒子之間相互作用力的計算方式。可選地，所述的眾核處理系統(tǒng)，還包括鄰居列表建立模塊，適用于以列表形式記錄所述各計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。可選地，所述的眾核處理系統(tǒng)，還包括鄰居列表分析模塊，對于處于計算區(qū)域內(nèi)的鄰居粒子對，采用第一計算方式計算該鄰居粒子對的各主粒子的受力，所述第一計算方式不采用牛頓第三定律。可選地，所述的眾核處理系統(tǒng)，還包括鄰居列表分析模塊，對于鄰粒子為計算區(qū)域邊界粒子的鄰居粒子對，采用第二計算方式計算該鄰居粒子對的各主粒子的受力，所述第二計算方式采用牛頓第三定律。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的實施例具有以下優(yōu)點I、本專利技術(shù)以主粒子所處計算區(qū)域內(nèi)的其余全部粒子作為鄰粒子搜索范圍，來確定該主粒子的鄰粒子，相比較現(xiàn)有技術(shù)，擴大了鄰粒子的搜索范圍，從而可以在各計算區(qū)域內(nèi)建立該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息，生成重復(fù)的鄰居粒子對，從而可以不必應(yīng) 用牛頓第三定律，消除從核間的寫沖突。2、本專利技術(shù)進一步以主粒子所處計算區(qū)域邊界的粒子作為鄰粒子搜索范圍，改進了現(xiàn)有技術(shù)不對鄰粒子所處區(qū)域(區(qū)域內(nèi)部或區(qū)域邊界)進行區(qū)分的鄰居搜索方法，從而有利于根據(jù)鄰粒子所處的區(qū)域采用不同的計算方式。3、本專利技術(shù)在搜索到計算區(qū)域內(nèi)及計算區(qū)域邊界的所有鄰居粒子對之后，基于鄰粒子的不同搜索范圍進一步建立鄰居列表，基于該鄰居列表采用不同的非成鍵力計算方式，具體又包括a.對于處于計算區(qū)域內(nèi)的鄰居粒子對，不采用牛頓第三定律計算該鄰居粒子對中主粒子和鄰粒子之間的相互作用力，因此不需要更新從處理器核上鄰粒子的受力，避免了從處理器核的寫沖突。b.對于鄰粒子為計算區(qū)域邊界粒子的鄰居粒子對，采用牛頓第三定律計算該鄰居粒子對的各主粒子的受力，從而確保計算區(qū)域邊界粒子的受力正確，同時，由于只更新從核上鄰粒子的受力，進而由主核統(tǒng)一進行累加更新，這樣也避免了從處理器核的寫沖突。4、本專利技術(shù)的鄰居粒子對的搜索方法，使得計算體系內(nèi)的大部分粒子的受力計算可以不使用牛頓第三定律，可以在眾核系統(tǒng)的從核上并行，充分發(fā)揮從核的處理能力，實現(xiàn)了眾核處理系統(tǒng)進程內(nèi)的加速計算。附圖說明圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)建本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種鄰居粒子對搜索方法，適用于配置成執(zhí)行分子動力學(xué)計算的眾核處理系統(tǒng)；其特征在于，該方法包括：分別以各粒子作為主粒子來建立各粒子的鄰居粒子對；其中，對于各主粒子，均在其所處計算區(qū)域內(nèi)的其余粒子中確定該主粒子的鄰粒子；從而在各計算區(qū)域內(nèi)建立該計算區(qū)域內(nèi)所有粒子的鄰居粒子對信息。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張軍，劉桂英，倪穎杰，李祖華，馬飛，李弢，
申請(專利權(quán))人：無錫江南計算技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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