Scalable Reactive Molecular Dynamics Simulations for Computational Synthesis

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作者
Ying Li,Ken‐ichi Nomura,Joseph A. Insley,Vitali Morozov,Kalyan Kumaran,Nichols A. Romero,William A. Goddard,Rajiv K. Kalia,Aiichiro Nakano,Priya Vashishta
出处
期刊:Computing in Science and Engineering [AIP Publishing]
卷期号:21 (5): 64-75 被引量:11
标识
DOI:10.1109/mcse.2018.110150043
摘要

Reactive molecular dynamics (MD) simulation is a powerful research tool for describing chemical reactions. We eliminate the speed-limiting charge iteration in MD with a novel extended-Lagrangian scheme. The extended-Lagrangian reactive MD (XRMD) code drastically improves energy conservation while substantially reducing time-to-solution. Furthermore, we introduce a new polarizable charge equilibration (PQEq) model to accurately predict atomic charges and polarization. The XRMD code based on hybrid message passing+multithreading achieves a weak-scaling parallel efficiency of 0.977 on 786 432 IBM Blue Gene/Q cores for a 67.6 billion-atom system. The performance is portable to the second-generation Intel Xeon Phi, Knights Landing. Blue Gene/Q simulations for the computational synthesis of materials via novel exfoliation mechanisms for synthesizing atomically thin transition metal dichalcogenide layers will dominate nanomaterials science in this century.
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