Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 004. 75+004. 722 № госрегистрации
Скачать 0.58 Mb.
|
2.11 Развитие прикладных программных интерфейсов для запуска в распределённой вычислительной среде однопроцессорных и параллельных приложений в области вычислительной химииИсполнитель – ИПХФ РАН, г. Черноголовка, Московская обл. См. приложение – отчет за 2 этап по части 12 Технического задания к контракту СГ-2/07 от 16.07.2007 г. Содержание этапа 2. Выбор направления исследований, включая анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов в области вычислительной химии, анализ ряда свободно распространяемого ПО и авторских программ в области вычислительной химии на предмет применимости их к работе в распределенных средах, подбор, установка и отладка необходимой программной среды для работы создаваемого ПО, формулирование возможных направлений решения задачи, поставленной в ТЗ, и их сравнительная оценка, выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленной задачи, разработка общей методики проведения исследований, подготовка отчетной документации, предусмотренной Техническим заданием и Календарным планом. Проведенные исследования В рамках работ по договору было проведено изучение имеющейся научно-технической литературы и документации по доступному (авторскому и свободно распространяемому) программному обеспечению в области вычислительной химии. Изучены особенности ряда прикладных пакетов ПО применительно к работе в распределенных и параллельных средах. Сделан анализ технологий распределенных вычислений (на уровнях гетерогенных локальных и глобальных сетей – Condor, X-Com, Globus, LCG/gLite и т.п.), оценена применимость этих технологий к задачам квантовой и вычислительной химии. Изучен ряд методов по совмещению распределенных и параллельных вычислений применительно к прикладным пакетам. Сделан анализ совместимости и возможности адаптации различных вариантов прикладного ПО для работ в распределенных и/или параллельных средах. Это сделано для: а) авторских программ, разработанных ранее в ИПХФ и НЦ Черноголовка; б) свободно распространяемых пакетов – Gamess-US, Dalton-2, CPMD, VASP, Moldy; в) коммерческого ПО – Gaussian-98,-D03 (SMP и параллельная версии), Mopac-2002, MolPro. В качестве первоочередных кандидатов на адаптацию к распределенным вычислительным средам выбраны имеющиеся авторские программы и свободно распространяемые квантово-химические пакеты Gamess-US и Dalton-2. Для указанного ПО был разработаны варианты предлагаемой адаптации и разработки способов по запуску и работе их в инфраструктуре ГРИД. В качестве распределенной вычислительной среды было выбрано рекомендованное консорциумом EGEE/RDIG промежуточное ПО gLite 3, начат перевод имеющегося ресурсного узла ГРИД на этот вариант вычислительной среды. Для работы с внешними вычислительными ресурсами сформированы и протестированы в рамках RDIG пользовательские интерфейсы к вычислительной среде LCG-2/gLite. Принято решение о выборе следующих основных направлений работ:
Выбор указанных направлений обусловлен особенностями вычислений в области химии (наличие большого количества задач с высоким количеством независимых расчетов, значительные количество передаваемых параметров, требования к настройке среды на внешних вычислительных ресурсах), уже существующими наработками ИПХФ в области применения распределенных и/или параллельных вычислений для квантовой и вычислительной химии, а также общей логикой развития проектов EGEE/RDIG и СКИФ-грид. Разработана общая концепция проведения крупномасштабных распределенных вычислений (в том числе с применением параллельных технологий) для создания единого комплекса ПО в области вычислительной химии (для выбранных пакетов). В рамках этой концепции будет проведено объединение разработок по всем вышеуказанным направлениям, будет создана вычислительная среда для формирования, запуска, мониторинга задач с последующим сбором результатов в форме, удобной для пользователя с использованием распределенных ресурсов. В процессе работ подготовлены материалы для выступлений на 2 российских и 1 международной конференции. 2.12 Создание грид-сервиса для решения прикладных вычислительно сложных задач фармацевтики и биотехнологииИсполнитель – НИИФХБ МГУ, г. Москва. См. приложение – отчет за 2 этап по части 13 Технического задания к контракту СГ-2/07 от 16.07.2007 г. Содержание этапа 2. Выбор направления исследований. Объектом исследования являлись грид-сервисы для решения вычислительно сложных задач фармацевтики и биотехнологии. Цель данного этапа НИР – выбор направлений исследований по созданию грид-сервиса для решения вычислительно сложных задач фармацевтики и биотехнологии. В ходе выполнения работ данного этапа проведен анализ научно-технической литературы и патентные исследования В результате проведенных работ определены направления исследований по созданию грид-сервиса для решения задач фармацевтики и биотехнологии, основанные на использовании системы X-Com в качестве платформы Грид-сервиса и программного продукта Lead® в качестве прикладной программы. Выработаны рекомендации по апробации создаваемых грид-сервисов на конкретных вычислительно сложных научных задачах в области фармацевтики и биотехнологии. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели создаваемых сервисов: высокая масштабируемость, устойчивость к аппаратным сбоям, способность функционировать в разнородной вычислительной среде, поддержка оперционных систем Windows и Linux. Внедрение планируемого к разработке грид-сервиса должно привести к экономии расходов конечного пользователя на закупку специализированного коммерческого программного обеспечения для реализации грид-сервисов, а также экономии время специалистов на обслуживание вычислительной грид-инфраструктуры. 2.13 Разработка и реализация грид-сервиса для высокопроизводительных расчётов гибридными методами квантовой-молекулярной механики в интересах моделирования нано и био системИсполнитель – Химический факультет МГУ, г. Москва. См. приложение – отчет за 2 этап по части 14 Технического задания к контракту СГ-2/07 от 16.07.2007 г. Содержание этапа 2. Анализ научно-технической литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Подбор методов для решения задач. Комбинированные методы квантовой и молекулярной механики для моделирования свойств нано- и биомолекулярных систем Для компьютерного моделирования свойств больших молекулярных образований, включая нано- и биомолекулярные системы, в настоящее время активно используется комбинированный метод квантовой и молекулярной механики (метод КМ/ММ). Согласно основной идее этого подхода та часть большой молекулярной системы, в которой происходят перераспределения химических связей, включается в квантовую подсистему (КМ-часть), и энергии и силы в ней рассчитываются по уравнениям квантовой механики в различных приближениях квантовой химии. Большинство атомов, окружающих эту выделенную центральную часть, относится к молекулярно-механической (ММ) подсистеме. Предполагается, что приближения КМ/ММ должны учитывать конформационные изменения в окружающей матрице, сопровождающие химическую реакцию, и в то же время учитывать влияние конформационных изменений в большой системе на энергетический рельеф пути реакции. При подобном механистическом подходе к моделированию химических реакций основная роль отводится расчету поверхности потенциальной энергии (ППЭ) изучаемых реакционных систем. В приближениях КМ/ММ энергия каждой точки на ППЭ складывается из энергии квантовой части в поле ММ-подсистемы и молекулярно-механической энергии. Исследование механизма реакции проводится путем анализа стационарных точек на ППЭ, т.е. геометрических конфигураций локальных минимумов, отвечающих реагентам, продуктам и возможным интермедиатам, а также седловых точек, через которые происходят переходы между минимумами. Особое внимание уделяется расчетам энергетических барьеров на пути от реагентов к продуктам. Переход к экспериментально значимым величинам, таким как константа скорости реакций, осуществляется в рамках теории переходных состояний. Известно несколько компьютерных реализаций метода КМ/ММ, различающихся способом учета взаимодействия КМ- и ММ-подсистем. Оригинальные разработки Лаборатории химической кибернетики Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова базируются либо на теории конформационно-подвижных эффективных фрагментов, либо на концепции внедренного кластера. В обоих случаях достигается достаточно точное описание свойств большой молекулярной системы. В рамках теории конформционно-подвижных фрагментов удается точно подсчитывать вклады жестких фрагментов ММ-подсистемы в квантовый гамильтониан КМ-части и оценивать обратное влияние квантовой подсистемы на ММ-часть. Под эффективным фрагментом понимается группа атомов с фиксированными внутренними координатами, которая может перемещаться в пространстве как целое и взаимодействовать с другими эффективными фрагментами или с квантовой подсистемой. Вычисления проводятся с использованием оригинального комплекса компьютерных программ PC GAMESS, созданного одним из участников коллектива, научным сотрудником А.А. Грановским. Программный комплекс постоянно модифицируется для эффективных высокопроизводительных вычислений с использованием приемов параллельных и распределенных расчетов на вычислительных кластерах. При этом выработан стандартный набор программного обеспечения, используемого при проведении научных расчётов по данному проекту:
Наиболее трудоёмким расчётом является квантовохимический расчёт, выполняемый при помощи пакета PC GAMESS и именно время квантовохимического расчёта лимитирует время общего расчёта методом КМ/ММ . Результаты исследования масштабируемости программного пакета PC GAMESS на кластере СКИФ К-1000 приведены на странице http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/skif.html. Таким образом, можно утверждать, что используемое ПО обладает достаточной масштабируемостью для эффективного использования ресурсов крупного вычислительного кластера. При наличии определённого стандарта, грид-сервис на основе данного пакета может быть оперативно развёрнут. В период с 30 июля по 30 сентября 2007 г. в рамках выполнения работ по этапу Государственного контракта № СГ-2/07 от 16 июля 2007 г. были проведены следующие запланированные научные исследования: (1) Проведен анализ опубликованных материалов по методам численного моделирования свойств наноразмерных и биомолекулярных систем гибридными приближениями квантовой и молекулярной механики (КМ/ММ). (2) Выполнены расчеты энергетических профилей и сформулированы представления о механизме реакции гидролиза нейротрансмиттера ацетилхолина ферментом ацетилхолинэстеразой методом КМ/ММ с использованием грид-сервиса. (3) Разработан набор ПО для развертывания в качестве грид-сервиса для проведения расчётов методами квантовой и молекулярной механики. Результаты работы оформлены в виде статьи, направленной для публикации. Методика расчетов энергетических профилей реакций ферментативного катализа комбинированным методом квантовой и молекулярной механики (КМ/ММ) может быть рекомендована для практического использования на следующем этапе научно-исследовательской работы и для решения других задач компьютерного моделирования свойств биомолекулярных систем. Результаты по механизму ферментативной реакции гидролиза ацетилхолина могут быть рекомендованы для баз данных и для публикации в научной и учебной литературе. Технико-экономическая эффективность внедрения определяется тем, что результаты компьютерного моделирования механизмов реакций ферментативного катализа требуют значительно меньших временных и материальных затрат, чем экспериментальные исследования. Результаты НИР превосходят по уровню точности и достоверности предшествующие достижения, известные из литературных источников. 2.14 Создание параллельной версии программного комплекса для дизайна супрамолекулярных комплексов органических соединенийИсполнитель – ГОУВПО «ЧелГУ», г. Челябинск. См. приложение – отчет за 2 этап по части 15 Технического задания к контракту СГ-2/07 от 16.07.2007 г. Содержание этапа 2. Анализ научно-технической литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Подбор алгоритмов для решения задач. Согласно классификации Дж.Томази и М.Персико методы моделирования комплексов делятся на 4 вида: первая группа методов использует термодинамические вириальные функции; вторая – использует континуальный учет взаимодействия данной молекулы с окружением; третья группа относится к молекулярным подходам, где осуществляется непосредственное моделирование комплексов молекул; четвертая группа – молекулярно-динамическое моделирование больших ансамблей частиц. У каждого из видов моделирования имеются свои достоинства и недостатки. Рассмотрены подходы:
Предлагаемые алгоритмы моделирования строения и свойств супрамолекулярных соединений:
Таким образом, проведен анализ научно-технической литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Произведен подбор алгоритмов для решения задач виртуального дизайна супрамолекулярных комплексов и обоснование способов решения поставленных задач. Проведено сопоставление ожидаемых показателей предполагаемого ПО с существующими показателями аналогичных методов. Осуществлен выбор объектов исследования – новых перспективных материалов для расчета. Разработана общая методика создания ПО для решения задач виртуального дизайна супрамолекулярных комплексов. Созданы последовательные версии предложенных алгоритмов. Данные алгоритмы могут быть реализованы в параллельном исполнении для суперкомпьютеров семейства “СКИФ” и для создания ГРИД-сервиса. 3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
|
Похожие:
 | Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Разработка архитектуры и программных средств для обеспечения взаимодействия грид-инфраструктуры рдиг/egee и создаваемой системы... | | Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына удк 004. 75+004. 722 Разработка технологий высокопроизводительных вычислений с использованием неоднородных территориально-распределённых вычислительных... |
| Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына... «Создание программного обеспечения для калибровки измерительной аппаратуры и анализа доступных наблюдению физических процессов в... | | М. В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына |
| Фгбу «пияф» удк 001. 89: 004. 31 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова» | | Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова |
| Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова | | Научно исследовательский институт ядерной физики Г. В. Максимов, кафедра биофизики биологического факультета мгу (разделы 1, 2, 3, заключение) |
| Удк 004. 9 Коржик И. А Методические рекомендации в помощь преподавателю: издание гаоу спо «Уфимский топливно – энергетический колледж». – Уфа, 2012г | | Электронных ресурсов «наука и образование» №3 (46) март 2013 удк 51, 002, 004 № офэрниО: 18981 Интерактивный учебный комплекс по математике / фгбоу впо санкт-Петербургский государственный морской технический университет |
| Удк 004. 942 : 57. 026 Эволюционно стабильная информационная структура... Федеральный закон от 31. 05. 2001 №73-фз «О государственной судебно-экспертной деятельности» (выдержки) |  | "ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности,... Ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности, продукции и услуг |
| "ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности,... Ок 004-93. Общероссийский классификатор видов экономической деятельности, продукции и услуг | | Удк 004. 81 Разработка принципов поддержки экономических интересов... В мешке Старика-Годовика собраны признаки самого прекрасного времени года. Ваша задача: найти причину явления, названного в столбике... |
| Удк 004. 738. 5 Ббк 32. 973. 202 Главный редактор Используя их, учителя могут получить доступ к содержанию специализированных мультимедиа библиотек, энциклопедий, справочников, учебников,... | | Национальный исследовательский университет «высшая школа экономики»... Этап Выбор направления исследований и разработка технического задания на создание аппаратного комплекса |
