GROMACS分子动力学模拟并行计算的研究与实现
gromacs跨膜电压
gromacs跨膜电压「gromacs跨膜电压」导言：跨膜电压是细胞膜内外电势差，是细胞功能和生理活动的重要调节因素。
为了研究跨膜电压的起源和效应，科学家们使用了众多的研究方法和技术。
其中，分子动力学模拟是一种常用且有效的方法之一。
在本文中，我们将详细介绍gromacs软件在研究跨膜电压中的应用，以及分子动力学模拟的基本原理和步骤。
第一部分：gromacs简介1.1 gromacs概述Gromacs是一款用于生物分子的分子动力学模拟软件，广泛应用于蛋白质、脂质、核酸等生物大分子的计算研究中。
1.2 gromacs的优势Gromacs具有高效的并行计算能力、多种模拟算法和强大的分析工具，适合模拟大规模体系的动力学性质。
1.3 gromacs在跨膜电压研究中的应用价值使用gromacs进行分子动力学模拟，可以研究膜蛋白在膜环境中的构象和动力学行为，更深入地理解跨膜电压的影响和调控机制。
第二部分：分子动力学模拟的基本原理2.1 动力学方程分子动力学模拟基于牛顿第二定律，通过求解质点的运动方程来模拟分子的运动行为。
2.2 可调和力场可调和力场用于描述分子内部原子之间的相互作用，包括键能、角能和二面角能等。
2.3 非键相互作用非键相互作用包括范德华吸引力和库伦排斥力，用于描述分子间的相互作用。
2.4 相互作用截断和长程电势项为了减少计算量，通常需要对相互作用进行截断，同时引入长程电势项来修正截断误差。
2.5 时间步长和模拟时间时间步长是模拟中的时间单位，模拟时间是模拟的总时间长度。
第三部分：gromacs分子动力学模拟的步骤3.1 模型准备选择合适的膜蛋白结构、膜模型和溶剂模型，并进行系统参数化和构建。
3.2 能量最小化通过能量最小化来使模型达到最低能量状态，消除不合理的构象和高能量的异常。
3.3 平衡过程进行热力学平衡和力学平衡过程，使系统达到稳定状态。
3.4 主模拟进行主模拟过程，模拟系统在给定条件下的时间演化。
gromacs分子动力学模拟方法
gromacs分子动力学模拟方法GROMACS分子动力学模拟方法介绍GROMACS（Groningen Machine for Chemical Simulations）是一种常用的分子动力学模拟软件，广泛用于生物物理、化学和材料科学领域。
它提供了一系列的模拟方法，使得研究者能够模拟和研究各种复杂的分子系统。
本文将详细介绍GROMACS中常用的几种分子动力学模拟方法。
1. 分子动力学模拟基础分子系统的建立•定义模拟系统的几何形状和尺寸•添加分子和溶剂等组分•定义边界条件和周期性边界条件动力学模拟参数设置•设定模拟时间步长•设定温度和压力控制方式•设定能量最小化算法•设置初始速度分布2. 分子动力学模拟方法经典力场模拟经典力场模拟是GROMACS最常用的模拟方法之一，它模拟分子系统的力学行为和物理化学性质。
常见的经典力场包括Amber、CHARMM、OPLS等。
约束模拟在约束模拟中，GROMACS可以通过限制某些化学键或原子的位置，来控制分子系统的结构。
常用的约束模拟方法有LINCS和SHAKE。
自由能计算GROMACS还提供了计算自由能的方法，包括计算溶剂化自由能、构象自由能等。
这些方法可以用于研究分子间相互作用和配体结合等过程。
并行计算GROMACS支持并行计算，可以通过将模拟任务分配给多个处理器或计算节点，加快模拟速度。
这对于模拟大型分子系统和长时间尺度的过程非常有用。
结论本文介绍了GROMACS分子动力学模拟软件中常用的几种模拟方法，包括经典力场模拟、约束模拟、自由能计算和并行计算。
这些方法使得研究者能够模拟和研究各种复杂的分子系统，并深入探究其物理化学性质和相互作用。
通过学习和应用这些方法，我们可以进一步推动科学研究的发展和进步。
希望本文对GROMACS分子动力学模拟方法的了解和应用有所帮助，为科研工作者提供一些指导和参考。
3. 高级模拟技术除了上述常用的分子动力学模拟方法外，GROMACS还提供了一些高级模拟技术，用于研究更复杂的分子系统和物理过程。
gromacs使用手册
gromacs使用手册摘要：1.引言2.gromacs 简介3.gromacs 的基本使用3.1 安装gromacs3.2 创建模拟系统3.3 运行模拟3.4 分析结果4.gromacs 的高级使用4.1 模拟参数设置4.2 力场参数设置4.3 脚本编写与批处理5.gromacs 的常见问题及解决方法6.总结正文：gromacs 使用手册gromacs 是一款开源的分子动力学模拟软件，广泛应用于生物大分子、药物分子、液晶等体系的模拟研究。
本手册将详细介绍gromacs 的使用方法及高级技巧。
1.引言分子动力学模拟是一种通过计算原子之间的相互作用力，来研究分子运动规律的方法。
gromacs 作为一款功能强大的分子动力学模拟软件，得到了广大科研工作者的青睐。
2.gromacs 简介gromacs 是一款基于GROMOS 力场的分子动力学模拟软件，支持多种体系、多种力场的模拟计算。
gromacs 采用高效的算法和技术，可以实现高效的大规模模拟计算。
3.gromacs 的基本使用3.1 安装gromacs用户可以根据gromacs 的官方文档，选择合适的安装方式，如使用编译器进行编译安装，或使用包管理器进行安装。
3.2 创建模拟系统首先需要构建分子模型，包括原子类型、坐标文件、相互作用参数等。
接着，通过gromacs 的脚本或命令行，设定模拟参数，如温度、压力、模拟时间等。
3.3 运行模拟根据设定的参数，运行gromacs 命令，开始模拟计算。
gromacs 会生成一系列模拟结果文件，包括轨迹文件、能量文件、坐标文件等。
3.4 分析结果使用gromacs 提供的分析工具或其他第三方软件，对模拟结果进行后处理，如计算均方根偏差（RMSD）、计算相互作用能等。
4.gromacs 的高级使用4.1 模拟参数设置根据实际需求，调整模拟参数，如采用更高级的力场、改变模拟方法等，以优化模拟效果。
4.2 力场参数设置通过修改力场参数文件，可以自定义力场参数，以适应不同体系的研究需求。
分子动力学模拟的原理和实践
分子动力学模拟的原理和实践分子动力学模拟是一种重要的计算方法，可以通过计算分子间的运动和相互作用，模拟物质的宏观性质和行为。
它在材料科学、化学、生物学等领域具有广泛的应用，因此，深入了解其原理和实践对于这些领域的科研工作者来说非常有必要。
一、分子动力学模拟的原理分子动力学模拟的基本原理是通过牛顿运动定律和分子间相互作用力学定律，计算分子在一定温度和压力下的运动和相互作用，以模拟宏观物质的性质和行为。
分子动力学模拟通常包括以下几个方面的计算：1、位形和速度的计算：通过统计力学的方法计算出分子的位形和速度信息，包括位置、动量、角动量等。
2、相互作用力的计算：计算分子之间的相互作用力，包括库仑排斥力、范德华力、连带键力等。
3、运动的求解：通过积分数值方法，求解出分子在时间上的变化和相互作用过程。
4、热化和平衡：通过模拟温度控制和压力控制等控制条件，使模拟达到稳定状态，计算出稳态下的宏观物理性质。
二、分子动力学模拟的实践分子动力学模拟的实践涉及到多个方面的知识和技能，包括模拟软件的选择、分子动力学算法的设计、分子模型的构建、计算条件的调整和模拟结果的分析等。
下面分别从这些方面进行讨论。
1、模拟软件的选择目前，有很多分子动力学模拟软件可供选择，如LAMMPS、GROMACS、CHARMM、NAMD等。
选择合适的软件需要考虑到实验的需求和计算资源的情况，同时还要考虑软件的功能和特点。
2、分子动力学算法的设计分子动力学算法的设计包括模拟时间步长的设定、坐标更新的算法、相互作用能的计算方法等。
在设计算法时，需要充分考虑计算效率和精度的平衡。
3、分子模型的构建分子模型的构建需要包括分子结构的确定、分子参数的设定和分子力场的选取等。
在构建分子模型时，需要仔细设计分子的态函数和相互作用参数，以确保模拟结果的准确性。
4、计算条件的调整在模拟过程中，还需要对计算条件进行调整，包括温度和压力的设定、时间步长的选择、充分程度的控制等。
gromacs使用手册
gromacs使用手册【原创实用版】目录1.Gromacs 简介2.Gromacs 的功能和应用领域3.Gromacs 的使用方法和技巧4.Gromacs 的安装与配置5.Gromacs 的常见问题与解决方案6.Gromacs 的未来发展趋势正文1.Gromacs 简介Gromacs 是一个开源的生物大分子模拟软件，主要用于分子动力学模拟和静态模拟。
Gromacs 可以模拟各种生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等，被广泛应用于生物学、化学、材料科学等领域的研究中。
2.Gromacs 的功能和应用领域Gromacs 具有以下主要功能：(1) 分子动力学模拟：Gromacs 可以使用不同的力场和算法进行分子动力学模拟，以研究分子结构和功能的关系。
(2) 静态模拟：Gromacs 可以进行静态模拟，以研究分子的静态结构。
(3) 计算化学：Gromacs 可以进行量子化学计算和分子轨道计算。
(4) 溶剂模型：Gromacs 提供了多种溶剂模型，以模拟不同环境下分子的行为。
Gromacs 的应用领域包括：(1) 蛋白质结构和功能研究(2) 药物设计(3) 材料科学(4) 生物物理学3.Gromacs 的使用方法和技巧(1) 安装 Gromacs：Gromacs 的安装过程相对简单，只需按照官方提供的安装指南进行即可。
(2) 配置 Gromacs：Gromacs 需要配置一些环境变量和参数文件，以保证其正常运行。
(3) 使用 Gromacs：Gromacs 提供了命令行界面和图形界面两种使用方式。
(4) 技巧：在进行模拟时，需要注意选择合适的力场和算法，以及合理设置模拟参数。
4.Gromacs 的安装与配置(1) 安装 Gromacs：可以从 Gromacs 官网下载最新版本的安装包，然后按照官方提供的安装指南进行安装。
(2) 配置 Gromacs：需要配置环境变量和参数文件，以保证 Gromacs 正常运行。
gaff分子动力学gromacs
gaff分子动力学gromacsGROMACS（Groningen Machine for Chemical Simulations）是一种用于分子动力学模拟的软件包，可以模拟从小分子到大分子甚至生物大分子的动力学行为。
本文将介绍GROMACS软件的使用方法、特点以及在分子动力学研究中的应用。
1. GROMACS的基本概述GROMACS是由荷兰格罗宁根大学开发的分子动力学模拟软件包。
它是一个开源软件，可以在多种操作系统上运行。
GROMACS的主要功能是通过求解牛顿运动方程来模拟分子的运动轨迹，并计算分子的力学、能量和结构等性质。
2. GROMACS的特点和优势GROMACS具有以下几个特点和优势：（1）高效性：GROMACS采用了许多高效的算法和技术，如快速多极子法、并行计算等，能够在较短的时间内完成大规模分子系统的模拟。
（2）可扩展性：GROMACS能够在单个处理器或多个处理器上进行并行计算，可适应不同规模和复杂度的模拟系统。
（3）灵活性：GROMACS提供了丰富的功能和选项，可以根据用户的需求进行自定义设置，并可以与其他软件和工具进行集成。
（4）易用性：GROMACS具有用户友好的界面和详细的文档，使得用户能够快速上手并进行分子动力学模拟。
3. GROMACS的使用方法使用GROMACS进行分子动力学模拟需要以下几个步骤：（1）准备输入文件：包括分子结构文件（如PDB文件）、力场参数文件和模拟参数文件等。
（2）构建模拟系统：通过添加溶剂分子、离子和其他辅助分子来构建完整的模拟系统。
（3）能量最小化：对模拟系统进行能量最小化，以使其达到能量最低状态。
（4）平衡模拟：进行模拟系统的平衡化，包括温度和压力的控制，以使系统达到平衡状态。
（5）生产模拟：进行长时间的分子动力学模拟，记录分子的运动轨迹和相关性质。
4. GROMACS在分子动力学研究中的应用GROMACS广泛应用于分子动力学研究领域，包括以下几个方面：（1）蛋白质折叠：通过GROMACS可以模拟蛋白质的折叠过程，了解蛋白质二级、三级结构的形成机制。
gromacs使用手册
gromacs使用手册摘要：一、Gromacs简介二、Gromacs的安装与配置三、Gromacs的基本操作1.创建模拟配置文件2.运行模拟3.分析结果四、Gromacs的高级功能1.分子动力学模拟2.热力学计算3.对接与筛选五、Gromacs的优缺点六、Gromacs的未来发展正文：一、Gromacs简介Gromacs是一款用于分子动力学模拟的开源软件，广泛应用于生物化学、材料科学等领域。
它具有高效的计算性能、丰富的功能和友好的用户界面，为科学家提供了强大的分子模拟工具。
二、Gromacs的安装与配置要在计算机上安装Gromacs，首先需要确保满足系统的硬件和软件要求。
接下来，按照官方文档的指引进行安装和配置。
在配置过程中，用户可以根据自己的需求选择相应的模块和参数。
三、Gromacs的基本操作1.创建模拟配置文件要运行Gromacs，首先需要创建一个模拟配置文件（gro文件），其中包含了模拟系统的信息，如原子、盒子、温度、压力等。
通过编辑gro文件，用户可以设置模拟的具体参数。
2.运行模拟在完成gro文件设置后，使用Gromacs提供的脚本（如mdrun）运行模拟。
根据需要，用户可以选择不同的模拟模式，如NVT、NPT等。
3.分析结果Gromacs可以自动生成模拟过程中的数据文件（如gro、xtc、trr等），用户可以通过Gromacs提供的分析工具（如g_analysis）对这些文件进行处理和可视化。
四、Gromacs的高级功能1.分子动力学模拟Gromacs支持多种分子动力学算法，如Verlet积分器、Langevin动力学等。
用户可以根据研究需求选择合适的算法进行模拟。
2.热力学计算Gromacs可以用于计算系统的热力学性质，如比热、熵等。
这些计算有助于深入了解系统的热力学行为。
3.对接与筛选Gromacs提供了对接和筛选工具，用于寻找分子间的最佳结合位点。
这对于药物设计和蛋白质筛选等领域具有重要的应用价值。
gromacs模拟电导率
GROMACS模拟电导率GROMACS是一种用于分子动力学模拟的软件包，它可以模拟和研究分子和物质的运动行为。
电导率是物质导电性的一个重要性质，通过GROMACS模拟可以计算和预测物质的电导率。
本文将介绍GROMACS模拟电导率的原理、方法和应用，并提供一些实际操作的步骤和建议。
1. 电导率的基本概念电导率是描述物质导电性能的物理量，通常用符号σ表示，单位为S/m（西门子/米）。
它表示单位长度和单位横截面积的物质内部的电流密度和电场强度之间的关系。
电导率越高，物质的导电性能越好。
2. GROMACS模拟的基本原理GROMACS采用分子动力学模拟的方法，通过求解牛顿运动方程模拟和研究分子和物质的运动行为。
在模拟中，分子被看作是一组粒子，它们之间通过势函数相互作用。
GROMACS模拟中的粒子可以是原子、分子或其他小组分。
GROMACS模拟需要以下几个基本要素： - 分子结构：包括原子类型、原子坐标、键长、键角等信息。
- 势函数：描述分子内部和分子间相互作用的势能函数。
- 运动方程：描述粒子的运动，通常采用牛顿运动方程。
- 积分算法：用于数值求解运动方程，常见的有Velocity Verlet算法。
- 边界条件：用于模拟系统的边界，通常有周期性边界条件和无周期性边界条件。
3. GROMACS模拟电导率的方法GROMACS模拟电导率的方法主要包括以下几个步骤： 1. 构建模拟系统：根据需要模拟的物质，构建包含相应分子结构的模拟系统。
可以使用GROMACS自带的工具或其他建模软件进行构建。
2. 添加溶剂和离子：对于溶液体系，需要添加溶剂和离子来模拟真实环境。
可以使用GROMACS自带的工具或其他软件进行添加。
3. 参数化和能量最小化：为模拟系统中的分子和离子分配参数，并进行能量最小化，以达到能量最低状态。
4. 热平衡和压力平衡：在模拟开始之前，进行热平衡和压力平衡，使系统达到稳定状态。
5. 运行模拟：选择合适的模拟方法和参数，运行GROMACS模拟，模拟系统的动力学行为。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
保持向后的兼容也可以使用ｍｐｉｒｕｎ，但是不支持 所有的ｍｐｉｅｘｃ的参数和ＭＰＩＣＨｌ的一些参数、
ＩＢＭ 在ＩＢＭ
ＡＩＸ
ＰＥ＿４１（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）它是为
ＡＩＸ系统上开发和执行并行程序如
２
ＭＰＩ并行环境
ＭＰＩ（ｍｅｓｓａｇｅ
ｐａｓｓｉｎｇ
Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃ、ｃ＋＋而设计的。它是一个分布式内存 消息传递系统，可以运行在ＲＳ／６０００系列或ＡＩＸ
ｓｅｒｖｉｃｅｓ
不同的是，它基于“Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｓａｇｅ ＳｔｙｌｅＨ】．’机制。
３分子动力学模拟一ＧＲＯＭＡＣＳ
分子动力学（ＭＤ）是一种物质微观领域的 模拟方法，这种方法通过计算机模拟物质体系中 微观粒子（主要是原子、分子）之间的相互作用 及运动来得到体系中粒子的运动轨迹，再按照统 计物理的方法计算得卅物质的宏观性能等。随着 计算机技术的进步，发展ｆ‘分迅速，逐渐成为模 拟微观系统、预测宏观性能的主要方法之一。分 子动力学的主要瓶颈是在计算时长和效率上。分 子动力学中典型的时间步长为飞秒，即使是微秒 级的现实模拟也需要１０万步，显然计算量是ｆ‘分 庞大的。所以分子动力学模拟对计算机性能的需 求可以说是无限的，并行计算是解决该问题的有 效途径。 ＧＲＯＭＡＣＳ是实现分子动ＩＩ，Ｊ学模拟的一个通 用软件包，也就是模拟数百个或数百万个规模的 离子系统运动的牛顿方程组。它是由荷兰 Ｇｒｏｎｉｎｇｅｎ大学生物物理化学系开发的，主要设计 用来模拟蛋白质和脂质生物分子，也可以用来研 究例如聚合物等非生物分子体系。ＧＲＯＭＡＣＳ支 持常见的所有分子动力学算法，如各种热能、压 浴以及静电相互作用计算等。另外ＧＲＯＭＡＣＳ还
Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
４不同并行环境ＧＲＯＭＡＣＳ的实现
在使用ＧＲＯＭＡＣＳ进行分子动力学模拟时， 控制分子动力学模拟的参数文件称为ｍｄｐ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）文件。该文件
ｆｏｒＡＩＸ
５Ｌ，编译器是ＩＢＭ
Ｆｏｒｔｒｏｎ，
我们在上述三个环境中分别用ｌｎｐ、２ｎｐ、４ｎｐ 和８ｎｐ进行了计算，前两种并行环境计算任务提 交的过程中我们使用了Ｔｏｒｑｕｅ作业调度软件，作 业脚本分别是
＃！／ｂｉｎ／ｓｈ
中定义分子动力学模拟的各种行为ｍｄｐ文件分 为几个部分，每次使用ｇｒｏｍｐｐ读入ｍｄｐ文件以 生成ｔｐｒ模拟文件时，总会生成一个ｍｄｏｕｔ
ｍｄｐ
ｃａｔ￥ＰＢＳ ＮＯＤＥＦＩＬＥ＞／ｈｏｍｅ／８／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ｌａｍ２ ｈｏｓｔｓ
／ｏｐｔ／ｌａｍ／ｇｎｕ／ｂｉｎ／ｌａｍｂｏｏｔ
ｖ／ｈｏｍｅ／。／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ｌａｉｎ２
ＧＲｏＭＡＣＳ．Ｔｈｅ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ
ＣＨＥＮ
Ｗｅｎ—Ｂｏ
ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ
ＬＩＵ Ｘｉｎ
ＬＩ Ｌｉａｎ
（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｅｎｔｅｒ，ＬＡＮ Ｚｈｏｕ
采用周期边界条件计算。ＧＲＯＭＯＳ８７［８１力场被用 来描述该蛋白质。该体系先经过２０００步的能量最 我们在ＬＡＭ／ＭＰＩ、ＭＰＩＣＨ２和ＩＢＭ ＰＥ二个 并行环境中分别安装了ＧＲＯＭＡＣＳ，硬软件环境
ＡＰＩ
Ｄａｔａ）模式程序运行任务在分区是一样的，但是 任务Ｔ作在不同的数据集合；ＭＰＭＤ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ｐｒｏｇｒａｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ｄａｔａ）模式中每个节点可能运行
不同的程序。ＰＥ除了支持ＭＨ外，还支持ＬＡＰＩ
（Ｌｏｗ—ｌｅｖｅｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ），与ＭＰＩ
的一个库，而且是ＬＡＭ基于用户级和后台程序 的一个运行环境，提供了许多ＭＰＩ程序要求的服 务。ＬＡＭ／ＭＰＩ的主要组件被设计成框架，可以 扩展成小的模块并在运行期或配置时自由选择， 这个框架被称为ＳＳＩ【｛１（ｓｙｓｔｅｍ
有许多特点如代码实现中采用了相当多的优化算 法，使得它的计算速度很快；分子拓扑结构文件 和其他参数文件都是纯文本文件，易于用户使用； 提供大量轨迹分析］＋具和全自动的蛋白质拓扑建 模Ｔ具；采取好几种策略来优化提高分子模拟中 最费时间的步骤一粒子问相互作用势能及力的计 算，从而支持并行计算，而且是基于ＭＰＩ标准实
传递编程标准，目的是为基于消息传递的并行程 序设计提供一个高效、可扩展、统一的编程环境、 它是目前最为通用的并行编程方式ＭＰＩ标准中 定义了一组函数接口，用于进程间的消息传递， 这些函数的具体实现ｍ各计算机厂商或科研部 门来完成，比较著名的就是ＬＡＭ／ＩＶｌＰＩ和ＭＰＩＣＨ。 ＬＡＭ／ＭＰＩ口１是一个高性能、免费、开源的 ＭＨ标准的实现。它是美国印第安纳大学开放系 统研究室研究并开发的。，它支持ＭＰＩ一１标准和部 分ＭＰＩ一２标准。ＬＡＭ／ＭＰＩ不仅是实现ＭＨ
本文利用一个最为有效的分子动力学软
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｐａｒａｌｌｅｌ
件ＧＲＯＭＡＣＳ，在几种不同的并行环境
ＬＡＭ／ＭＰＩ、ＭＰＩＣＨ２、ＩＢＭ ＰＥ中买现了
Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＧＲＯＭＡＣＳ，ＬＡＭ／ＭＰＩ，ＭＰＩＣＨ２，
ＴＢＭ ＰＥ
ＧＲＯＭＡＣＳ的并行计算．．通过时长为５纳秒的模 拟体系，分别对计算结果和并行效率进行了分析 和比较，从而为利用该软件进行药物设计研究提 供了有力的参考。 关键词：分子模拟
ｉｎｔｅｒｉｈｃｅ）是一个消息
操作系统半台执行并行程序。它把ＲＳ／６０００系统 的处理器叫做处理器节点，当用户执行并行程序 时，并行任务就分配到处理器节点上，处理器节 点在同一个网络，凶此并行任务能同步的通信和 交换数据。ＰＥ支持两种基本的并行程序模式
一ＳＰＭＰ／ＭＰＭＤ。ＳＰＭＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
ａｓ
ｍｅａｎｓ
ｔｈｉｓ
ｔｏ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ
ｏｎｅ
ｔｈｅ
ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｐｒｏｂｌｅｍｓ
Ｉｎ ｌｂｒ
ｔｏ
ｐａｐｅｒ，
ｏｆ ｔｈｅ
ｍｏｓｔ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｕｓｅｄ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＧＲＯＭＡＣＳ，ｗａｓ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｐａｒａｌｌｅｌ
２００８年伞围高性能计算学术年会
ＧＲＯＭＡＣＳ一分子动力学模拟并行计算的研究与实现
陈文波张洋刘
鑫李廉
（兰州大学通信网络中心甘肃兰州７３００００）
（ｈｐｃ＠ｌｚｕ ｅｄｕ ｃｎｊ
摘要：随着生物化学研究领域的应用对速度和 内存资源需求的增高，并行计算已经成为解决该 问题的有效手段．．与并行计算相结合的分子模拟， 已经作为一种研究探索手段被许多科研工作者广
￥ＰＢＳ—ＮＯＤＥＦＩＬＥ是Ｔｏｒｑｕｅ作业系统分配
的节点名文件。 在ＩＢＭ ＡＩＸ小型机中我们运行如下：
冈采用ＰｙＭｏｌ【６１绘制，采用ｒａｉｎｂｏｗ的着色方式。
如图ｌ所示。、
５
ＧＲＯＭＡＣＳ计算及结果分析
在进行分子动力学模拟时，Ｔｏｐ７蛋白被溶于
一个７．８ｘ７
８ｘ６
６纳米的ＳＰＣ型的方形水盒子中，
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬＡＮ
Ｚｈｏｕ，７３００００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ
ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｍｏｒｅ ｄｅｍａｎｄ
ｔｈｅ
ｒａｐｉｄ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ａｒｅ
ｉｎ
ｔｈｅ ａｎｄ ａｎｄ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｒｅ
ｍｏｒｅ
ｓｐｅｅｄ
ｔｈｅ
ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ
ｍｅｍｏｒｙ
ｍｐｄｂｏｏｔ ｌｎｐｉｅｘｅｃ
ｎ
Ｊ。该受体结构ｍ ９３个残基组成，有ａｌｐｈａ Ｂａｎｋ），该
２
ｆ／ｈｍｎｅ／４／ｐｒｏｊｅｃｔｓ／ｔｒｙ／ｍｐｄ
Ｖ
ｈｏｓｔｓ
螺旋和ｂｅｔａ折叠两种结构域。Ｔｏｐ７的三维结构取
自蛋白质数据库ＰＤＢ［”（Ｐｒｏｔｅｉｎ
Ｄａｔａ
ｎｐ ４ｍｄｒｕｎ
Ｓｍｄ ｎｐ４ｔｐｒ“ｐ ４
ａｎ
ｒｅｓｏｕｒｃｅ
Ｐａｒａｌｌｅｌ
ｔｏ
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｈａｓ
ｂｅｃｏｍｅ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ
ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｉｓ
ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｂｙ
ｍａｎｙ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ
ｈｏｓｔｓ
文件，在该文件中有自己定义的参数，也有其他 没有定义的默认参数。本文采用一种新的人１：设 计蛋白的ｘ射线晶体衍射结构作为研究对象：
Ｔｏｐ７【５
／ｏｐｔ／ｌａｍ／ｇｎｕ／ｂｉｎ／ｍｐｉｒｕ“ｐ ２ ｍｄｒｕｎ ｎｌｄ ＃ｆ／ｂｉｎ／ｓｈ
２２ｎｓ ｔｐｒ“ｐ ２
ｃａｔ￥ＰＢＳ ＮＯＤＥＦＩＬＥ＞／ｈｏｍｅ／＋，ｐｒｑｉｅｃｔｓ／ｔｒｙ／ｍｐｄ ｈｏｓｔｓ
Ｔ，ＡＭ，ＭＰＴ ＭＰＴＣＨ２
并行计算是指同时使用多种计算资源解决计 并行计算
ＴＢＭ
ＰＥ
ＧＲＯＭＡＣＳ
算问题的过程，即将一个应用分解成多个子任务， 分配给不同的处理器，各个处理器之间相互协同， 并行的执行子任务为执行并行计算，计算资源 应包括多台配有多处理机（并行处理）的计算机、 一个与计算机相连的高速网络两者结合使用。并 行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算 问题或提高求解问题的规模，同时也可以克服单 个计算机上存在的存储器限制。分子动力学计算 机模拟是研究分子动力学的有力Ｔ具。这一技术 既能得到原子的运动轨迹，还能像做实验一样作 各种观察它是列理论和实验的有力补充，特别是 许多与原子有关的微观细节，在实际实验中无法 获得，而在计算机模拟中可以方便地得到在生 物制药与纳米材料研究领域中，分子动力学模拟 计算方法有着广泛的应用，是原子、分子水半上 求解多体问题的重要计算机模拟方法。ｍ于受计 算机技术的制约，这些模拟的模型尺寸和时间均 受到了限制，模拟研究的范围也有很大的局限。 随着计算机技术的飞速发展，这些限制逐渐减少，