计算机工程与科学

作者：傅游, 韩昊, 孙月娇, 梁建国, 叶雨曦, 花嵘

单位：1.山东科技大学计算机科学与工程学院，山东 青岛 266590；2.曲阜师范大学计算机学院，山东 日照 276826；3.龙芯中科技术股份有限公司，北京 100095

关键词：硅晶体,分子动力学模拟,空间分解着色,向量化,OpenMP,

基金：山东省自然科学基金(ZR2022MF274,ZR2021LZH004)

作为材料领域虚拟过程工程研究的热点之一，硅晶体分子动力学采用Tersoff多体势进行模拟；多体势中粒子间相互作用计算量大，且数据之间存在依赖关系，在并行架构上高效、准确地进行大规模模拟面临写冲突和计算效率低2个挑战。为了解决以上问题，在OpenMP共享内存编程模型的基础上，结合硅晶体粒子特性实施了一系列面向硅晶体分子动力学应用的优化方法，以提高模拟效率：(1) 在大规模线程级并行模拟过程中，利用空间分解图着色思想消除粒子之间的数据依赖，从而有效解决写冲突问题；(2) 针对核心计算程序段，采用整体向量化的方式提高核心计算效率，并利用级数估计实现超越函数，以实现Tersoff多体势在多核处理器上的并行优化。实验结果表明，在X86平台上Tersoff多体势具有很好的优化潜力，空间分解图着色和向量化方法在硅晶体应用上具有可行性和可扩展性，能够有效地解决由数据交叉导致的写冲突以及计算密集型优化问题，最终加速比可达23.17。

来源：2024年第9期

《计算机工程与科学》期刊编辑部

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