著者

伊藤 正勝 長嶋 雲兵

出版者

一般社団法人情報処理学会

雑誌

情報処理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS) (ISSN:18827829)

巻号頁・発行日

vol.45, no.6, pp.234-243, 2004-05-15

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生体分子のシミュレーションを開発する際には,正確な熱力学量を求めるための膨大な計算コストと,対象系に合わせて多様なシミュレーションプログラムを開発する煩雑さが問題となる.これに対し,我々は,レプリカ交換分子動力学法に基づいてシミュレーションを並列化し,計算時間を短縮するためのツールキット(REMD toolkit)を開発した.また,対象系に応じて,サンプリング方法,ポテンシャルエネルギー関数などの組合せを変えることができるように,ツールキットをカスタマイズ可能なソフトウェアコンポーネントの集まりとして設計した.これにより,様々なシミュレーション機能が,ツールキットが提供するコンポーネントと,外部プログラムに由来するコンポーネントの組合せとして実現される.ツールキットを検証するために,原子クラスタAr13,オリゴペプチド(Ala)10といったモデルケースのそれぞれについて,プログラムを生成し,実行した.この結果,レプリカ数の増加により総計算量は圧縮され,さらに並列化によって計算時間はCPU数に反比例して短縮されることが確認された.We have developed a toolkit to generate a replica-exchange molecular dynamics program which accelerates the estimation of thermodynamical quantities. The toolkit is designed as a set of software components, so that any new variant of simulation program can be built by assembling suitable components. They are categorized according to three types of customizations : (1) parallelization of simulation programs, (2) selection of structure sampling method, and (3) incorporation of an arbitrary force field implementation into the program. The extensibility of the toolkit is demonstrated by generating new variants of replica-exchange molecular dynamics programs, and the efficiency of the generated programs is examined in the heat capacity estimation of Ar13 and (Ala)10. It is shown that the replica-exchange scheme not only reduces the total computational cost with the increase in the number of replicas but achieves almost linear-speedup with the number of CPUs.