I.33П Многоуровневое моделирование молекулярной динамики мезоскопических биомолекулярных систем с использованием массивно-параллельных гетерогенных супер-ЭВМ. (0065-2015-0113)

Отчет 24 с., 1 ч., 3 рис., 5 источников.Объектом исследования являются программы и алгоритмы расчета молекулярной динамики. Цель работы: оптимизация алгоритмов расчета молекулярной динамики на гетерогенных супер-ЭВМ для решения задач моделирования белков в биологических мембранах и анализ эффективности использования гетерогенных супер-ЭВМ по сравнению с гомогенными вычислительными кластерами. В результате работы проведено исследование влияния точечных мутаций на структуру и энергию ассоциации трансмембранных доменов рецептора PDGFRA. По результатам расчётов были построены энергетические профили для всех исследуемых систем, что позволило выдвинуть предположения о роли некоторых мутаций. Показано, что во всех случаях более выгодными являются димеры с левой взаимной закруткой альфа-спиралей. Проведена оптимизация алгоритмов молекулярной динамики для увеличения скорости расчетов на сопроцессорах Intel Xeon Phi и совместного использования центрального процессора и сопроцессоров. Проведено сравнение производительности гомогенных вычислительных кластеров и гетерогенных систем, построенных с использованием сопроцессоров или графических процессоров и анализ экономической эффективности использования гетерогенных супер-ЭВМ по сравнению с гомогенными вычислительными кластерами. Предложена стратегия использования гетерогенных супер-ЭВМ для двух классов задач моделирования биомолекулярных систем: расчета свободной энергии образования белок-белковых комплексов в мембранах среднего размера и расчета молекулярной динамики больших систем – мезоскопических надмолекулярных комплексов. Проведена адаптация программного пакета для расчета молекулярной динамики Gromacs для использования на многих аппаратных платформах и проведено исследование его эффективности на реальных задачах моделирования сложных биологических систем. Рекомендации по внедрению: использование пакета Gromacs версии 5.1.2 и выше для расчета траекторий МД, использование графических ускорителей архитектуры CUDA, «игровых» графических карт. Область применения: решение задач молекулярной динамики, адаптация программ молекулярной динамки под имеющиеся вычислительные системы, учет результатов исследования при проектировании вычислительных систем для решения задач молекулярного моделирования.