C-SI系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)并行仿真.pdf

1、分子動(dòng)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(yùn)動(dòng)，計(jì)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(jìn)一步計(jì)算體系的熱力學(xué)量和其它宏觀性質(zhì)。 本文仿真的對(duì)象是金剛石C和SI組成的系統(tǒng)，仿真的目標(biāo)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(jì)算主要根據(jù)TERSOFF勢函數(shù)，每一步長根據(jù)作用力計(jì)算出加速度，然后計(jì)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(shí)期，這個(gè)時(shí)候不

2、進(jìn)行切削，而是讓SI原子構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)，待系統(tǒng)平衡后，才開始移動(dòng)金剛石磨粒。 由于進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)仿真的對(duì)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(yùn)算資源較多的計(jì)算機(jī)，比如陣列計(jì)算機(jī)或者機(jī)群，于是仿真的計(jì)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(chǔ)，力學(xué)計(jì)算的優(yōu)化，在并行化方面需要解決兩個(gè)問題：并行計(jì)算的負(fù)載均衡和計(jì)算結(jié)點(diǎn)間的通信量。根據(jù)C-SI模型的特性，本文采用動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，結(jié)合牛頓第三定律

3、來優(yōu)化力學(xué)的計(jì)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(jì)算結(jié)點(diǎn)間信息的交換基于MPI消息的通信模式。由于本文采用的機(jī)群為SMP型機(jī)群，為了充分利用SMP共享存儲(chǔ)的特點(diǎn)，還采用了多線程的策略。 本文采用當(dāng)前較成熟的分子動(dòng)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(duì)象含有大量的數(shù)據(jù)，原子數(shù)目過多會(huì)影響最終結(jié)果的圖像顯示速度，因此對(duì)于不需要顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于視點(diǎn)的過