库尔特·奥赫恩。;阿卜杜拉·阿尔佩伦;哈桑·梅廷·阿克图加 共享内存平台上电荷分布模型的快速求解器。 （英语） Zbl 1431.65026号 SIAM J.科学。计算。 42，第1号，C1-C22（2020）. 摘要：在分子动力学（MD）模拟中包含原子极化率对于高保真模拟非常重要。用于动态确定原子极化的电荷模型线性解算器在时间到解决方案以及极化力场和反作用力场的整体可扩展性方面构成了重大瓶颈。我们提出了适当定制的预处理技术，以加速用于多个电荷模型的迭代求解器，并在开源PuReMD（Purdue Reactive Molecular Dynamics）软件包中开发其高效共享内存并行实现。考虑到这些目标，特别注意最小化平均组合预条件构造和求解时间。详细分析了不同预处理技术对求解器收敛速度和整体性能的影响。基于不完全LU/Cholesky和稀疏近似逆（SAI）的方案可以产生质量良好的因子，且非零数量相对较少，与基线Jacobi预条件相比，可以产生显著的加速。这些结果非常重要，因为它们可以在多核计算机上高效模拟小型到中等大小的系统，但更重要的是，它们可以作为分布式内存求解器的基础。 MSC公司： 65F08个 迭代方法的预条件 65层10 线性系统的迭代数值方法 65层50 稀疏矩阵的计算方法 关键词：分子动力学;反作用力场;极化力场;电荷分布模型;Krylov子空间解算器;预处理方法;不完整LU;稀疏近似逆 软件：ILUT公司;雷克斯FF;sPuReMD公司;PuReMD公司 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{K.A.O'Hearn}等人，SIAM J.Sci。计算。42，1号，C1--C22（2020；Zbl 1431.65026） 全文： 内政部 参考文献： [1] H.M.Aktulga、J.C.Fogarty、S.A.Pandit和A.Y.Grama，并行反应分子动力学：数值方法和算法技术，并行计算。，38（2012），第245-259页。 [2] H.M.Aktulga、S.A.Pandit、A.C.T.Van Duin和A.Y.Grama，《反应分子动力学：数值方法和算法技术》，SIAM J.Sci。计算。，34（2012），第C1-C23页，https://doi.org/10.1137/100808599。 ·Zbl 1387.65128号 [3] H.M.Aktulga、C.Knight、P.Coffman、K.A.O’Hearn、T.-R.Shan和W.Jiang，《优化多核结构的反应分子动力学模拟性能》，国际高性能计算杂志。申请。，33（2019），第304-321页，https://doi.org/10.1177/109434217746221。 [4] J.R.Allwright、R.Bordawekar、P.D.Coddington、K.Dincer和C.L.Martin，《并行图形着色算法的比较》，技术报告SCCS-666，雪城大学东北并行架构中心，1995年。 [5] M.Benzi和M.Tuma，非对称线性系统的稀疏近似逆预条件，SIAM J.Sci。计算。，19（1998），第968-994页，https://doi.org/10.1137/S1064827595294691。 ·Zbl 0930.65027号 [6] M.Benzi和M.Tûma，稀疏近似逆预条件的比较研究，应用。数字。数学。，30（1999），第305-340页，https://doi.org/10.1016/S0168-9274(98)00118-4. ·Zbl 0949.65043号 [7] E.F.F.Botta和A.van der Ploeg，基于多级技术结合ILU分解的重新编号策略，Zh。维奇尔。Mat.Mat.Fiz.，材料Fiz。，37（1997），第1294-1300页（俄语）；计算中的翻译。数学。数学。物理。，37（1997），第1252-1258页·Zbl 0946.65019号 [8] B.Carpentieri和M.Bollhofer，用于求解电磁学中稠密复杂非厄米系统的基于对称逆的多级ILU预处理，Progr。电动发电机。研究，128（2012），第55-74页，https://doi.org/10.2528/PIER12041006。 [9] U¨。V.Çataly\“urek，J.Feo，A.H.Gebremedhin，M.Halappanavar和A.Pothen，多核和大规模多线程架构的图着色算法，并行计算，38（2012），第576-594页，https://doi.org/10.1016/j.parco.2012.07.001。 [10] E.Chow和A.Patel，《细粒度平行不完全LU因子分解》，SIAM J.Sci。计算。，37（2015），第C169-C193页，https://doi.org/10.1137/10968896。 ·Zbl 1320.65048号 [11] W.D.Cornell、P.Cieplak、C.I.Bayly、I.R.Gould、K.M.Merz、D.M.Ferguson、D.C.Spellmeyer等人，《模拟蛋白质、核酸和有机分子的第二代力场》，美国化学杂志。Soc.，117（1995），第5179-5197页。 [12] M.Grote和T.Huckle，稀疏近似逆的并行预处理，SIAM J.Sci。计算。，18（1997），第838-853页，https://doi.org/10.1137/S1064827594276552。 ·Zbl 0872.65031号 [13] T.A.Halgren和W.Damm，可极化力场，《结构生物学的当前观点》，11（2001），第236-242页。 [14] P.Heínon和Y.Saad，基于层次图分解的并行多级ILU因式分解，SIAM J.Sci。计算。，28（2006），第2266-2293页，https://doi.org/10.1137/040608258。 ·Zbl 1126.65028号 [15] P.Li和K.M.Merz，Jr.，《使用经典力学的金属离子建模》，《化学》。版本117（2017），第1564-1686页，https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00440。 [16] A.D.MacKerell，Jr.、D.Bashford、M.Bellott、R.L.Dunbrack、J.D.Evanseck、M.J.Field、S.Fischer等，蛋白质分子建模和动力学研究的全原子经验潜力，J.Phys。化学。B、 102（1998），第3586-3616页。 [17] W.J.Mortier、S.K.Ghosh和S.Shankar，计算分子中原子电荷的电负性均衡方法，美国化学杂志。Soc.，108（1986），第4315-4320页。 [18] W.J.Mortier、K.Van Genechten和J.Gasteiger，《电负性均衡：应用和参数化》，美国化学杂志。《社会学杂志》，107（1985），第829-835页，https://doi.org/10.1021/ja00290a017。 [19] A.Nakano，可变电荷分子动力学的并行多级预处理共轭梯度方法，计算。物理学。Comm.，104（1997），第59-69页。 [20] M.Naumov，GPU预处理迭代方法中的并行不完全-LU和Cholesky因子分解，技术报告NVR-2012-003，NVIDA，2012年。 [21] M.Naumov、P.Castonguay和J.Cohen，《平行图着色及其在GPU上不完全-LU因式分解中的应用》，技术报告NVR-2015-001，NVIDA，2015年。 [22] R.A.Nistor、J.G.Polihronov、M.H.Muöser和N.J.Mosey，《非金属材料电荷平衡方法的推广》，J.Chem。物理。，125 (2006), 094108. [23] K.O’Hearn和H.Aktulga，《迈向分子动力学应用中电荷平衡的快速可伸缩求解器》，载于2016年第七届大系统可伸缩算法最新进展研讨会（ScalA），IEEE，2017年，第9-16页，https://doi.org/10.109/ScalA.2016.006。 [24] 潘晓明，盛晓庆，多尺度动态电磁问题的稀疏近似逆预条件，无线电科学。，49（2014），第1041-1051页，https://doi.org/10.1002/2014RS005387。 [25] S.Patel和C.L.Brooks III，《波动电荷力场：从小分子到大分子生物系统的最新发展和应用》，分子模拟。，32（2006），第231-249页·Zbl 1173.81357号 [26] S.Plimpton，《短程分子动力学快速并行算法》，J.Compute。物理。，117（1995），第1-19页·Zbl 0830.65120号 [27] A.K.Rappeí，C.J.Casewit，K.S.Colwell，W.A.Goddard III，和W.M.Skiff，UFF，《分子力学和分子动力学模拟的全周期表力场》，J.Am.Chem。Soc.，114（1992），第10024-10035页。 [28] A.K.Rappe和W.A.Goddard III，分子动力学模拟的电荷平衡，物理学杂志。化学。，95（1991），第3358-3363页，https://doi.org/10.1021/j100161a070。 [29] S.W.Rick和S.J.Stuart，计算机模拟中结合极化率的潜力和算法，Rev.Compute。化学。，18（2002），第89-146页。 [30] Y.Saad，ILUT:双阈值不完全LU因式分解，Numer。线性代数应用。，1（1994年），第387-402页·Zbl 0838.65026号 [31] Y.Saad，稀疏线性系统的迭代方法，第2版，SIAM，2003年https://doi.org/10.1137/1.9780898718003。 ·Zbl 1031.65046号 [32] Y.Saad和M.H.Schultz，《GMRES:求解非对称线性系统的广义最小残差算法》，SIAM科学与统计计算杂志，7（1986），第856-869页，https://doi.org/10.1137/0907058。 ·Zbl 0599.65018号 [33] T.P.Senftle、S.Hong、M.M.Islam、S.B.Kylasa、Y.Zheng、Y.K.Shin、C.Junkermeier等人，《ReaxFF反应力场：发展、应用和未来方向》，《自然NPJ计算材料》，2（2016），15011。 [34] A.C.T.van Duin、S.Dasgupta、F.Lorant和W.A.Goddard，《ReaxFF:碳氢化合物的反应力场》，J.Phys。化学。A、 105（2001），第9396-9409页。 [35] T.Verstraelen、P.W.Ayers、V.Van Speybroeck和M.Waroquier，ACKS2：原子冷凝Kohn-Sham DFT近似为二阶，J.Chem。物理。，138 (2013), 074108, https://doi.org/10.1063/1.4791569。 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。