Одним из приоритетных направлений современной науки является создание новых материалов с заранее заданными свойствами. В этой области широко применяется компьютерное моделирование (КМ), в том числе метод молекулярной динамики, позволяющий определять целый комплекс свойств (структурные, термодинамические, транспортные) и исследовать взаимосвязи наноструктуры и физико-химических свойств. Для проведения КМ создаются автоматизированные информационные системы (АИС), главной целью которых является расширение границы исследований, оптимизация научной работы и ускорение проведения исследований. Одной из таких систем является ИИС «Шлаковые расплавы» (ИИС «MD-SLAG-MELT») [1]. Особенности предметной области ИИС таковы, что в настоящее время без применения методов распределения вычислений удается просчитывать за приемлемое время групповое поведение систем, содержащих в лучшем случае десятки тысяч частиц. Однако существует ряд задач, в частности, связанных с определением пространственных наноразмерных неоднородностей, для которых необходимо увеличение размерности модельной системы до миллионов частиц. Промоделировать подобную систему на локальном компьютере в последовательном режиме практически не удается, т.к. это связано с большими временными затратами, эксперимент может занять несколько месяцев. Решение подобных задач требует использования распределенных вычислений. В статье описан разработанный авторами параллельный алгоритм, адаптирующий существующий (legacy application) линейный алгоритм расчета сил межмолекулярного взаимодействия под распределенные вычисления на центральном и графическом процессорах вычислительного устройства и имплементированный в программную среду ИИС «MD-SLAG-MELT». В основе разработанного распределенного алгоритма лежит технология параллельного программирования CUDA.
Информационно-исследовательская система (ИИС) «MD-SLAG-MELT», молекулярная динамика, распределенные вычисления, параллельный алгоритм
1. Воронова Л.И., Григорьева М.А., Воронов В.И., Трунов А.С. Программный комплекс MD-SLAG-MELT информационно-исследовательской системы «Шлаковые Расплавы» версии 10.0. Депонированная рукопись № 29-В2012 26.01.2012.
2. Григорьева М.А., Воронова Л.И. Интеграция XML-данных и вычислительных Fortran-приложений в ИИС «Шлаковые Расплавы» 9.0 // Информационные технологии моделирования и управления. - 2009. - № 1 (53). - С. 106-110.
3. ИИС «MD-SLAG-MELT» [Электронный ресурс] // http://nano-md-simulation.com/ дата обращения (28.06.2015).
4. Косенко Д.В., Воронова Л.И., Воронов В.И. Разработка программного обеспечения для обработки сложноструктурированных данных научного эксперимента // Вестник Нижневартовского государственного университета. - 2014. - № 3. - С. 45-52.
5. Пилипчак П.Е., Воронова Л.И., Трунов А.С. Модель балансировки нагрузки для параллельного расчета системы N-частиц на гетерогенной кластерной системе // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - № 5-2. - С. 218-219.
6. Якобовский М. Введение в параллельные алгоритмы: [Электронный ресурс] // www.intuit.ru/ (дата обращения 28.06.2015).
7. Voronova L.I., Grigor'eva M.A., Voronov V.I., Trunov A.S. MD-Slag-Melt Software Package for Simulating the Nanostructure and Properties of Multicomponent Melts // Russian metallurgy (Metally). - 2013. - Vol. 2013. - № 8. - P. 617-627.
