Молекулярная динамика в силовом поле FF14SB в воде TIP4P-Ew, и в силовом поле FF15IPQ в воде SPC/Еь: сравнительный анализ на GPU и CPU

Abstract

Проведен сравнительный анализ вычислительной эффективности и масштабируемости молекулярной динамики (МД), реализованной в пакете AMBER, на реальных биологических системах с применением классического силового поля FF14SB с 4-центровой моделью воды TIP4P-Ew, а также нового многообещающего поля FF15IPQ с 3-центровой моделью воды SPC/Еь. Были использованы классические процессоры Intel Xeon Е5-2697 v3, а также GPU ускорители Tesla К40 (архитектура Kepler) и Р100 (Pascal). Уменьшение количества атомов в ячейке на 25-31 % в результате использования 3-центровой модели растворителя ускоряет расчет МД до 63% и ухудшает масштабируемость до 11 %. При этом полученные результаты могут качественно отличаться, что говорит о необходимости совместного использования разных силовых полей при изучении биологических систем. Использование GPU-ускорителей как альтернативы классическим CPU позволяет существенно увеличить длину траектории в повседневной практике. A comparative analysis of computational efficiency and scalability of molecular dynamics (MD) implemented in the AMBER package was carried out on real biological systems using the classical force field FFf4SB with the 4-site water model TlP4P-Ew, as well as the new promising force field FFf51PQ with the 3-site water model SPC/Еь. The Intel Xeon E5-2697 v3 processors, as well as GPU accelerators Tesla K40 (Kepler architecture) and PfOO (Pascal) were used. Reduction of the number of atoms in a cell by 25-ЗГ % as a result of implementing a 3- site solvent model speeds up the MD calculations by up to 63 % and decreases scalability by about 11 %. The obtained results can be qualitatively different, what indicates the need for joint use of different force fields at studying biological systems. The use of GPU-accelerators as an alternative to classical CPUs provides an opportunity to significantly increase the length on MD trajectories in the daily laboratory practice.