Применение новых высокопроизводительных вычислительных технологий для моделирования динамики микротрубочек (2017 год)

Продолжена реализация крупнозернистой молекулярно-динамической модели на трех вычислительных платформах (CPU, GPU, ПЛИС). Реализован полный алгоритм модели динамики микротрубочек (Zakharov et al., 2015), включая генерацию случайных чисел и процессы присоединения/отсоединения тубулинов и гидролиз молекул ГТФ, описываемые в модели кинетическим алгоритмом Монте-Карло. Оказалось, что даже в присутствии блока генератора случайных чисел алгоритм работает в 16,8 раза быстрее на ПЛИС, чем на CPU; при этом реализация на GPU быстрее, чем на CPU, всего в 1,64 раза. По энергоэффективности платформа ПЛИС на полной модели показала выигрыш на два порядка. Продемонстрировано, что ПЛИС является эффективной платформой для решения задачи броуновской динамики микротрубочки. С целью дальнейшего развития модели учтены последние структурные данные о конформации ГТФ-тубулина, и репараметризована модель для их описания. Оценена изгибная жесткость протофиламента, необходимая для того, чтобы микротрубочка могла развивать силу, наблюдаемую в эксперименте. Найдены потенциалы латеральных и продольных взаимодействий между тубулинами, обеспечивающие экспериментально наблюдаемую скорость полимеризации микротрубочки и длину изогнутых протофиламентов на ее конце.