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基于FPGA的分子動(dòng)力學(xué)模擬匹配單元設計
DOI:
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作者:
作者單位:

1. 江南大學(xué) 教育部輕工過(guò)程先進(jìn)控制重點(diǎn)實(shí)驗室;2. 江蘇省未來(lái)網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )新研究院

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基金項目:

國家自然科學(xué)基金(61703185);高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng )新引智計劃項目(B12018);未來(lái)網(wǎng)絡(luò )科研(FNSRFP-2021-YB-11)。


Design of Match Units for Molecular Dynamics Simulations Based on FPGA
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    摘要:

    為減少分子動(dòng)力學(xué)模擬中短程力計算的時(shí)間消耗,設計并實(shí)現基于現場(chǎng)可編程門(mén)陣列的分子動(dòng)力學(xué)模擬匹配單元。理論上,分析了分子動(dòng)力學(xué)模擬中粒子間作用力的物理規律,提出兩種滿(mǎn)足短程力計算要求的粒子對的篩選方法:偏序法和平面法。技術(shù)上,使用新興的硬件描述語(yǔ)言SpinalHDL,在Xilinx Virtex UltraScale+ HBM VCU128 FPGA板卡上實(shí)現了匹配單元。最后,將硬件測試結果與理論結果進(jìn)行對比,驗證了匹配單元可以有效過(guò)濾掉對短程力計算沒(méi)有貢獻的粒子對。同時(shí)對使用偏序法、平面法和使用直接計算法兩種不同情況下的資源消耗進(jìn)行對比分析,表明使用偏序法、平面法可以節省系統70%的DSP資源。

    Abstract:

    To reduce the time consumption of rang-limited force calculations in molecular dynamics simulations, a field-programmable gate array-based molecular dynamics simulation matching unit is designed and implemented. Theoretically, the physical laws of inter-particle forces in molecular dynamics simulations are analyzed, and two filtering methods for particle pairs that meet the requirements of rang-limited force calculations are proposed: the partial-order method and the planar method. Technically, the matching unit was implemented on a Xilinx Virtex UltraScale+ HBM VCU128 FPGA board using SpinalHDL, an emerging hardware description language. Finally, the hardware test results are compared with the theoretical results to verify that the matching unit can effectively filter out the particle pairs that do not contribute to the rang-limited force calculation. At the same time, a comparative analysis of the resource consumption of using the partial order method, the plane method and the direct calculation method shows that the use of the partial order method and the plane method can save 70% of the system's DSP resources.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

王鑫,劉炫.基于FPGA的分子動(dòng)力學(xué)模擬匹配單元設計計算機測量與控制[J].,2022,30(6):203-209.

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  • 收稿日期:2021-12-02
  • 最后修改日期:2021-12-31
  • 錄用日期:2021-12-31
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2022-06-21
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