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DASHMM在分布式存储体系结构上加速了自适应快速多极泊松-玻尔兹曼解算器。 (英语) Zbl 07417534号

摘要:我们提出DAFMPB(DASHMM-加速自适应快速多极泊松-玻尔兹曼解算器),用于快速评估由线性化泊松-波尔兹曼(LPB)方程建模的生物分子系统中的静电势和力以及总无溶剂能量。DAFMPB首先将LPB重新格式化为边界积分方程,然后使用节点-补丁格式对其进行离散[33]。它使用GMRES求解得到的线性系统,其中采用DASHMM库[14]在每次迭代中加速矩阵-向量乘法。DASHMM建立在全局地址空间之上,允许DAFMPB用户在修改代码的情况下在共享和分布式内存计算机上操作。本文是对该程序的简要总结,包括算法、实现、安装和使用。

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65-XX岁 数值分析
68倍 计算机科学
92C05型 生物物理学
68甲19 其他编程范式(面向对象、顺序、并发、自动等)
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参考文献:

[1] APBS。http://www.poissonboltzmann.org/apbs。
[2] 嗯bd。http://mccammon.ucsd.edu/uhbd.html。
[3] M.D.Altman、J.P.Bardhan、J.K.White和B.Tidor。利用带曲线边界元的线性化poisson-boltzmann方程精确求解多区域含钛生物分子静电问题。J.计算。化学。,30:132-153, 2009.
[4] S.Bai和B.Lu。VCMM:连续分子建模的可视化工具。J.摩尔图形模型。,50:44-49, 2014.
[5] N.A.Baker、D.Sept、S.Joseph和M.J.Holst。纳米系统的静电:应用于微管和核糖体。程序。国家。阿卡德。科学。美国,98:10037-100412001。
[6] D.巴什福德。生物分子静电效应的面向对象编程套件。计算机科学课堂讲稿,1343:233-2401997。
[7] A.H.Boschitsch、M.O.Fenley和H.X.Zhou。线性Poisson-Boltzmann方程的快速边界元法。《物理学杂志》。化学。B、 106:2741-2754,2002年。
[8] J.Carrier、L.Greengard和V.Rokhlin。用于粒子模拟的快速自适应多极算法。SIAM J.科学。统计成分。,9:669-686, 1988. ·Zbl 0656.65004号
[9] D.Chen、Z.Chen、C.Chen、W.Geng和G.Wei。MIBPB:静电分析软件包。J.计算。化学。,32:756-770, 2011.
[10] M.Chen和B.Lu。TMSmesh:使用跟踪技术生成分子表面网格的稳健方法。化学杂志。理论计算。,7:203-212, 2011.
[11] C.D.Cooper、J.P.Bardhan和L.A.Barba。使用Python、GPU和边界元素的生物分子静电解算器,可以处理溶剂填充的空腔和Stern Layers。计算。物理学。社区。,185:720-729, 2014. ·兹比尔1360.78047
[12] J.DeBuhr、B.Zhang和L.D'Alessandro。使用异步多任务运行时系统的可扩展分层多极方法。并行和分布式处理研讨会,第1226-1234页,2017年。
[13] J.DeBuhr、B.Zhang和T.Sterling。DASHMM的修订版:分层多极方法的动态自适应系统。通信计算。物理。,2017
[14] J.DeBuhr、B.Zhang、A.Tsueda、V.Tilstra-Smith和T.Sterling。DASHMM:层次多极方法的动态自适应系统。《计算物理学通讯》,2016年10月20:1106-1126·Zbl 1373.70002号
[15] W.Geng和F.Jacob。GPU加速的直接和边界积分Poisson-Boltzmann解算器。计算。物理学。社区。,184:1490-1496, 2013. ·Zbl 1310.78017号
[16] W.Geng和R.Krasny。用于溶剂化生物分子静电的树形加速边界积分Poisson-Boltzmann解算器。J.计算。物理。,247:62-78, 2013. ·Zbl 1349.78084号
[17] P.Ghysels、T.J.Ashby、K.Meerbergen和W.Vanroose。在大规模并行机器上的GMRES算法中隐藏全局通信延迟。暹罗。科学杂志。计算。,35:C48-C712013年·Zbl 1273.65050号
[18] J.A.Grant、B.T.Pickup和A.Nicholls。泊松-玻耳兹曼溶剂化方法的光滑介电常数函数。J.计算。化学。,22:608-640, 2001.
[19] L.Greengard和V.Rokhlin。三维拉普拉斯方程快速多极子方法的新版本。Acta Numer.公司。,6:229-269, 1997. ·Zbl 0889.65115号
[20] S.Jo、M.Vargyas、J.Vasko-Szedlar、B.Roux和V.Im。用于在线显示生物分子静电势的PBEQ解决方案。《核酸研究》,36:270-2752008年。
[21] A.H.Juffer、E.F.F.Botta、B.A.M.Vankeulen、A.Vanderploeg和H.J.C.Berendsen。溶剂中大分子的电势:基本方法。J.计算。物理。,97:144-171, 1991. ·兹比尔074365094
[22] Ezra Kissel和Martin Swany。Photon:用于高性能运行时系统的远程内存访问中间件。在2016年第一届新兴并行和分布式运行时系统与中间件(IPDRM)研讨会的会议记录中。
[23] R.Kress和G.F.Roach。亥姆霍兹方程的传输问题。数学杂志。物理。,19:1433-1437, 1978. ·Zbl 0433.35017号
[24] 阿比谢克·库尔卡尼(Abhishek Kulkarni)、卢克·达莱桑德罗(Luke Dalesandro)、埃兹拉·基塞尔(Ezra Kissel)、安德鲁·卢姆斯代恩(Andrew Lumsdaine)、托马斯·斯特林(Thomas Sterling)和马丁·斯旺尼(Mar。用于消息驱动运行时的网络管理虚拟全局地址空间。2016年第25届高性能并行和分布式计算国际研讨会(HPDC 2016)会议记录。
[25] S.S.Kuo、M.D.Altman、J.P.Bardhan、B.Tidor和J.K.White。生物分子静电模拟的快速方法。2002年IEEE/ACM计算机辅助设计国际会议论文集,第466-473页,2002年。
[26] C.Li、L.Li、J.Zhang和E.Alexov。高效准确的网格算法并行化方法及其在DelPhi中的实现。J.计算。化学。,33:1960-1966, 2012.
[27] C.Li、M.Petukh、L.Li和E.Alexov。生物系统中静电并行计算方案的持续开发:在DelPhi中的实现。J.计算。化学。,34:1949-1960, 2013.
[28] J.Liang和S.Subramaniam。用边界元方法计算分子静电。生物物理学。J.,73:1830-18411997年。
[29] T.Liu、M.X.Chen和B.Z.Lu。使用自适应分区和分段多项式逼近对高斯分子表面进行高效且合格的网格生成。SIAM J.科学。计算。,40:B507-B5272018年·Zbl 1393.65027号
[30] B.Lu、X.Cheng、J.Huang和J.A.McCammon。AFMPB:自适应快速多极泊松-玻耳兹曼解算器。计算。物理学。社区。,181:1150-1160, 2010. ·Zbl 1220.78002号
[31] B.Lu、X.Cheng和J.A.McCammon。新版本快速多极方法加速了生物分子系统中的静电相互作用。J.计算。物理。,226:1348-1366, 2007. ·2007年11月11日
[32] B.Lu和J.A.McCammon。泊松-玻耳兹曼静电势和力计算的改进边界元方法。化学杂志。理论计算。,3:1134-1142, 2007.
[33] B.Lu、D.Zhang和J.A.McCammon。用边界元法计算由泊松-玻尔兹曼方程确定的溶胶化分子之间的静电力。化学杂志。物理。,122:214102, 2005.
[34] 吕B.Z.、程X.L.、侯T.J.和J.A.麦卡蒙。使用超奇异边界积分计算溶剂化分子表面上的麦克斯韦应力张量和泊松-玻耳兹曼力。化学杂志。物理。,123:084904, 2005.
[35] J.D.Madura、J.M.Briggs、R.C.Wade、M.E.Davis、B.A.Luty、A.Ilin、J.Antosiewicz、M.K.Gilson、B.Bagheri、L.R.Scott和J.A.McCammon。休斯顿大学布朗动力学项目溶液模拟中的静电和分子扩散。计算。物理学。社区。,91:57-95, 1995.
[36] A.V.Marenich、C.J.Cramer和D.G.Truhiar。基于溶质电子密度和由体介电常数和原子表面张力定义的溶剂连续模型的通用溶剂化模型。《物理学杂志》。化学。B、 113:6378-63962009年。
[37] I.Massova和P.A.Kollman。结合分子力学和连续溶剂法(nm-pbsa/gbsa)预测配体结合。透视。药物研发部。,18:113-135, 2000.
[38] C.米勒。电磁波数学理论基础。斯普林格·弗拉格,1969年·Zbl 0181.57203号
[39] R.A.Pierotti。水溶液和非水溶液的标度粒子理论。化学。修订版,76:717-7261976。
[40] V.Rokhlin。用第二类积分方程求解声散射问题。《波动》,5:257-2721983年·Zbl 0522.73022号
[41] M.F.Scanner、A.J.Olson和J.C.Spehner。简化曲面:计算分子曲面的有效方法。生物聚合物,38:305-32201996年。
[42] K.A.Sharp、A.Nicholls、R.F.Fine和B.Honig。协调微观和宏观疏水效应的大小。《科学》,252:106-1091991年。
[43] A.M.Tabrizi、S.Goossens、A.M.Rahimi、C.D.Cooper、M.G.Knepley和J.P.Bardhan。将溶剂层界面条件连续静电模型推广到线性化泊松-玻耳兹曼溶剂。化学杂志。理论计算。,13:2897-2914, 2017.
[44] J.A.Wagoner和N.A.Baker。评估非极性平均溶剂化力的隐式模型:色散和体积项的重要性。程序。国家。阿卡德。科学。,103:8331-8336, 2006.
[45] M.Warren和J.Salmon。使用层次树数据结构的天体物理n体模拟。在SC 92’:1992年ACM/IEEE超级计算会议论文集,1992年。
[46] L.Ying、G.Biros、D.Zorin和H.Langston。一种新的并行核相关快速多极子方法。SC'03:2003年ACM/IEEE超级计算会议记录,2003年。
[47] R.Yokota、J.P.Bardhan、M.G.Knepley、L.A.Barba和T.Hamada。在多达512个GPU和10亿未知量上使用快速多极边界元法的生物分子静电学。计算。物理学。社区。,182:1272-1283, 2011. ·Zbl 1259.78044号
[48] R.J.Zauhar和R.S.Morgan。一种计算大分子电势的新方法。分子生物学杂志。,186:815-820, 1985.
[49] B.Zhang、B.Lu、X.Cheng、J.Huang、N.P.Pitsianis、X.Sun和J.A.McCammon。自适应快速多极泊松-玻尔兹曼解算器的数学和数值方面。Commun公司。计算。物理。,13:107-128, 2013. ·Zbl 1373.78002号
[50] B.Zhang、B.Peng、J.Huang、N.P.Pitsianis、X.Sun和B.Lu。具有自动曲面网格的并行AFMPB解算器,用于计算分子溶剂化自由能。计算。物理学。社区。,190:173-181, 2015. ·Zbl 1344.78004号
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