C-SI系統(tǒng)的分子動力學(xué)并行仿真.pdf

1、分子動力學(xué)仿真是一種分子模擬方法，這種方法主要依靠牛頓力學(xué)來模擬分子體系的運動，計算體系的構(gòu)型積分，并以構(gòu)型積分的結(jié)果為基礎(chǔ)進一步計算體系的熱力學(xué)量和其它宏觀性質(zhì)。 本文仿真的對象是金剛石C和SI組成的系統(tǒng)，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(jù)TERSOFF勢函數(shù)，每一步長根據(jù)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(tǒng)的平衡時期，這個時候不

2、進行切削，而是讓SI原子構(gòu)成的系統(tǒng)進行自適應(yīng)，待系統(tǒng)平衡后，才開始移動金剛石磨粒。 由于進行分子動力學(xué)仿真的對象含有的分子或者原子的數(shù)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(shù)據(jù)的組織與存儲，力學(xué)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(jié)點間的通信量。根據(jù)C-SI模型的特性，本文采用動態(tài)的數(shù)據(jù)存儲，結(jié)合牛頓第三定律

3、來優(yōu)化力學(xué)的計算，并行任務(wù)的劃分根據(jù)最小面積原則采取靜態(tài)策略，計算結(jié)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(dāng)前較成熟的分子動力學(xué)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(jié)果以該格式輸出，由于仿真的對象含有大量的數(shù)據(jù)，原子數(shù)目過多會影響最終結(jié)果的圖像顯示速度，因此對于不需要顯示的數(shù)據(jù)進行基于視點的過