利用GPU实现大规模复杂体系反应分子动力学模拟的方法

项目名称： 利用GPU实现大规模复杂体系反应分子动力学模拟的方法

项目编号： No.21373227

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 李晓霞

作者单位： 中国科学院过程工程研究所

项目金额： 80万元

中文摘要： 目前量子化学计算是分子模拟中可探索化学反应机理的主要方法，但计算极其耗时，单计算节点适宜模拟的体系规模约~100个原子，无法应用于复杂体系。基于ReaxFF的反应分子动力学方法(ReaxFF MD)将单节点适宜模拟的规模提高到>1000个原子、计算速度也显著高于最快的量子化学方法，但应用于高度复杂的体系如煤、高分子、生物质时，其计算规模和效率仍然是最大的瓶颈。ReaxFF算法对计算性能和存储器要求远高于其他常用分子力场，本项目拟利用GPU突出的理论计算峰值和存储器带宽解决这一棘手问题。通过将计算任务映射为大规模GPU线程、精细控制计算在CPU和GPU之间的划分与协调、细致平衡计算吞吐与数据吞吐，将单节点ReaxFF MD模拟的适宜规模提升为>10000原子，并应用于煤热解复杂反应机理的探索。利用GPU加速ReaxFF MD模拟的思路创新，可望使分子层次、高度复杂体系的化学反应模拟成为可能

中文关键词： GPU；ReaxFF MD；反应路径；热解；燃烧

英文摘要： Quantum chemistry (mechanics) is currently the basic method for understanding reactive events in molecular simulation, but it is still extremely computationally expensive that the modeling problem size is usually limited within hundreds of atoms on a sing

英文关键词： GPU；ReaxFF MD；Reaction pathway；pyrolysis；combustion