Algorithm to minimize MPI communications in the parallelized fast multipole method combined with molecular dynamics calculations

多极展开 快速多极方法 消息传递接口 计算机科学 还原(数学) 并行计算 计算科学 分子动力学 消息传递 比例(比率) 超级计算机 加速 算法 化学 物理 计算化学 数学 几何学 量子力学
作者
Yoshimichi Andoh,Shinichi Ichikawa,Tatsuya Sakashita,Noriyuki Yoshii,Susumu Okazaki
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:42 (15): 1073-1087 被引量:7
标识
DOI:10.1002/jcc.26524
摘要

Abstract In the era of exascale supercomputers, large‐scale, and long‐time molecular dynamics (MD) calculations are expected to make breakthroughs in various fields of science and technology. Here, we propose a new algorithm to improve the parallelization performance of message passing interface (MPI)‐communication in the MPI‐parallelized fast multipole method (FMM) combined with MD calculations under three‐dimensional periodic boundary conditions. Our approach enables a drastic reduction in the amount of communication data, including the atomic coordinates and multipole coefficients, both of which are required to calculate the electrostatic interaction by using the FMM. In communications of multipole coefficients, the reduction rate of communication data in the new algorithm relative to the amount of data in the conventional one increases as both the number of FMM levels and the number of MPI processes increase. The aforementioned rate increase could exceed 50% as the number of MPI processes becomes larger for very large systems. The proposed algorithm, named the minimum‐transferred data (MTD) method, should enable large‐scale and long‐time MD calculations to be calculated efficiently, under the condition of massive MPI‐parallelization on exascale supercomputers.
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