Институт системного программирования Роcсийской академии наук


Разработка параллельного алгоритма компьютерного моделирования водно-ионной оболочки ДНК.

Авторы

А.И. Аветисян, С.С. Гайсарян, М.Д. Калугин, А.В. Теплухин

Аннотация

В настоящей работе рассматривается параллельная программа, моделирующая водно-ионную оболочку фрагмента ДНК методом Монте-Карло. Исследуется кубическая ячейка, заполненная водой с содержащимися в ней ионами натрия и хлора, в которую помещается фрагмент ДНК. При разработке использовалась среда ParJava, которая предоставляет средства разработки параллельных программ на языке Java с использованием библиотеки MPI.

Физические характеристики изучаемой системы рассчитываются по статистически значимой выборке молекулярных конфигураций, осуществляемой методом Монте-Карло по алгоритму Метрополиса, реализуемого по классической схеме.

Процесс компьютерного моделирования состоит из трех этапов. На первом этапе подготавливается водная оболочка при помощи параллельной программы. После этого в центр кубической ячейки с молекулами воды помещается фрагмент ДНК и случайным образом помещаются ионы Na+ и Cl- . После завершения подготовительных этапов производится моделирование теплового движения молекул воды и ионов в присутствии молекулы ДНК.

В работе приведены результаты моделирования фрагмента ДНК, состоящего из 150 пар нуклеотидов (15 витков двойной спирали, 9555 атомов). Расчеты были проведены на кластере ИСП РАН (12 узлов, по 2 процессора Intel(R) Xeon(R) X5355, сеть Myrinet-2000). Для проведения вычислений использовались 80 ядер вычислительной системы, на каждом ядре был запущен один MPI-процесс. Проведение эксперимента, в рамках которого было выполнено 10000 испытаний, заняло 9 часов, подготовка водной оболочки на первом этапе — 3 часа.

Полный текст статьи в формате pdf

Ключевые слова

численное моделирование, ДНК, водно-ионные взаимодействия, параллельные вычисления

Издание

Труды XIII Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении». Часть I. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008, с. 195-206.

Научная группа

Компиляторные технологии

Все публикации за 2008 год Все публикации