[发明专利]邻居粒子对搜索、分子动力学计算方法及众核处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据处理领域，特别涉及面向众核处理器的邻居粒子对搜索、分子动力学计算方法及应用该方法的众核处理系统。

背景技术

近年来多核设计逐渐成为高性能发展的趋势和学术研究的热点。多核处理器按照集成方式可以分为同构多核处理器和异构多核处理器。

同构多核处理器在一个芯片内集成了多个同构的处理器核，所有处理器核都运行完整的操作系统，面向相同的工作负载。因此，基于同构处理器的程序其设计实现相对简单。目前这一类处理器已经全面推向市场。

异构多核处理器在结构设计上与同构多核处理器相比具有完全不同的特性。异构多核处理器的一个芯片内集成了多个异构的处理器核，包括：少数功能完备的处理器核，称之为主处理器核（又称主核，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，我们称之为从处理器核（又称从核，如Cell中的SPE，Godson中的Tile Node），主要完成数据密集的操作。

一般来说，一个主核和多个从核构成一个核组，多个核组构成一个完整的芯片。由于完整处理器核的逻辑复杂，受生产工艺的限制同构多核处理器能够集成的处理器核较少（一般为数十个），而异构多核处理器由于从核逻辑功能简单可以集成的处理器核众多（64个以上），所以通常也称异构多核处理器为众核处理器（many-core processor）。

分子动力学模拟是高性能计算的重要应用领域，GROMACS是一款功能强大的开源的分子动力学模拟软件，其研究范围可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶体和生物分子溶液，其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势，由于进行了大量的算法优化，该软件计算性能可达同类软件的3到10倍，但仍然无法满足分子动力学模拟日益发展的计算需求。

GROMACS向众核处理器移植时，进程中的控制密集的操作在主核上进行，计算密集的操作在从核上进行，从而充分发挥从核的高速计算性能，实现进程内的加速。然而，利用现有技术将GROMACS向众核处理器移植时，存在并行效率低以及数据写冲突等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种面向众核处理器的邻居粒子对搜索方法及分子动力学计算方法、及应用上述方法的众核处理系统，使得众核处理器系统实现进程内的加速运算，进一步缩短了程序运行时间，并解决写冲突的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种邻居粒子对搜索方法，适用于配置成执行分子动力学计算的众核处理系统；该方法包括：

分别以各粒子作为主粒子来建立各粒子的邻居粒子对；其中，对于各主粒子，均在其所处计算区域内的其余粒子中确定该主粒子的邻粒子；

从而在各计算区域内建立该计算区域内所有粒子的邻居粒子对信息。

可选地，所述的邻居粒子对搜索方法，还包括：在所述邻居粒子对信息中记录主粒子和邻粒子之间相互作用力的计算方式。

可选地，所述的邻居粒子对搜索方法，还包括，对于各主粒子，进一步在其所处计算区域边界的粒子中确定该主粒子的邻粒子。

可选地，所述的邻居粒子对搜索方法，还包括，在所述邻居粒子对信息中记录主粒子和邻粒子之间相互作用力的计算方式。

可选地，所述的邻居粒子对搜索方法，还包括，第一计算方式；第二计算方式。

可选地，所述的邻居粒子对搜索方法，还包括，以列表形式记录所述各计算区域内所有粒子的邻居粒子对信息。

本发明实施例还提供一种分子动力学计算方法，适用于众核处理系统；该方法包括：

分别以各粒子作为主粒子来建立各粒子的邻居粒子对；其中，对于各主粒子，均在其所处计算区域内的其余粒子中确定该主粒子的邻粒子；

基于各计算区域内建立的该计算区域内所有粒子的邻居粒子对信息，计算各主粒子的受力。

可选地，所述建立邻居粒子对信息还包括记录主粒子和邻粒子之间相互作用力的计算方式。

可选地，所述的分子动力学计算方法还包括，以列表形式记录所述各计算区域内所有粒子的邻居粒子对信息。

可选地，所述的分子动力学计算方法采用第一计算方式计算各主粒子的受力，所述第一计算方式不采用牛顿第三定律。

可选地，所述分别以各粒子作为主粒子来建立各粒子的邻居粒子对还包括：

对于各主粒子，进一步在其所处计算区域边界的粒子中确定该主粒子的邻粒子。

可选地，所述的分子动力学计算方法还包括，以列表形式记录所述各计算区域内所有粒子的邻居粒子对信息。