面向液態(tài)金屬凝固的分子動力學(xué)并行算法研究與實現(xiàn).pdf

1、金屬的凝固過程是一個非常復(fù)雜的過程，既包含宏觀過程也包含微觀過程。分子動力學(xué)可以從微觀尺度對液態(tài)金屬凝固的過程進(jìn)行模擬。在分子動力學(xué)模擬中，模擬體系包含的粒子數(shù)越多，得到的數(shù)據(jù)就越精確，就越能精確地得到液態(tài)金屬凝固過程中的微觀性質(zhì)，預(yù)測事物發(fā)展的趨勢，對具體的生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)。但是分子動力學(xué)串行程序運行速度慢，模擬的原子數(shù)目有限，使模擬得到的結(jié)果與真實情況差距較大。并行計算的興起，為大規(guī)模的分子動力學(xué)并行化提供了條件，促進(jìn)了分子動力學(xué)并

2、行化的快速發(fā)展。
　　 本文對分子動力學(xué)和并行計算基本理論進(jìn)行了簡單的回顧，根據(jù)并行計算的基本理論與方法，把之前用于模擬液態(tài)金屬凝固的分子動力學(xué)并行程序改成基于MPI+OpenMP計算模型的并行程序，論文的核心工作包括以下內(nèi)容:
　　 首先，針對以前的PVM并行程序只能模擬50，000-100，000個原子和計算效率低的問題，根據(jù)天河超級計算機(jī)的特點，結(jié)合分子動力學(xué)與并行計算基礎(chǔ)，設(shè)計基于MPI+OpenMP模型的分子動

3、力學(xué)并行算法，其中節(jié)點之間用MPI實現(xiàn)并行，節(jié)點內(nèi)采用OpenMP實現(xiàn)并行。
　　 其次，我們用FORTRAN語言實現(xiàn)了該并行算法，與之前的并行程序進(jìn)行了對比，并分析了此程序的性能。結(jié)果表明，該算法具有良好的加速比、并行效率和可擴(kuò)展性，能夠模擬500，000-10，000，000個原子，使模擬規(guī)模擴(kuò)大100倍。
　　 最后，我們用該并行程序?qū)?，000，000個Al原子進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，實驗結(jié)果表明，模擬結(jié)果與真實結(jié)果