C-SI系統的分子動力學并行仿真.pdf

1、分子動力學仿真是一種分子模擬方法，這種方法主要依靠牛頓力學來模擬分子體系的運動，計算體系的構型積分，并以構型積分的結果為基礎進一步計算體系的熱力學量和其它宏觀性質。 本文仿真的對象是金剛石C和SI組成的系統，仿真的目標過程是金剛石C半球形磨粒切削規(guī)整的硅SI長方體材料，原子間作用力的計算主要根據TERSOFF勢函數，每一步長根據作用力計算出加速度，然后計算出速度，最后更新原子的位移。在仿真的最初階段，是系統的平衡時期，這個時候不

2、進行切削，而是讓SI原子構成的系統進行自適應，待系統平衡后，才開始移動金剛石磨粒。 由于進行分子動力學仿真的對象含有的分子或者原子的數目龐大，一般為上百萬以上，所以通常采用運算資源較多的計算機，比如陣列計算機或者機群，于是仿真的計算多采用并行的方法。該方法需要解決數據的組織與存儲，力學計算的優(yōu)化，在并行化方面需要解決兩個問題：并行計算的負載均衡和計算結點間的通信量。根據C-SI模型的特性，本文采用動態(tài)的數據存儲，結合牛頓第三定律

3、來優(yōu)化力學的計算，并行任務的劃分根據最小面積原則采取靜態(tài)策略，計算結點間信息的交換基于MPI消息的通信模式。由于本文采用的機群為SMP型機群，為了充分利用SMP共享存儲的特點，還采用了多線程的策略。 本文采用當前較成熟的分子動力學圖形化顯示軟件VMD，首先分析了它所接受的XYZ文件格式，然后把仿真后的結果以該格式輸出，由于仿真的對象含有大量的數據，原子數目過多會影響最終結果的圖像顯示速度，因此對于不需要顯示的數據進行基于視點的過