Алгоритмы классической молекулярной динамики для выполнения на ПЛИС с использованием технологии OpenCL

Цель данной работы - реализация алгоритмов молекулярной динамики и Монте-Карло на программируемых логических интегральных схемам (ПЛИС) с различными типами потенциалов взаимодействия: короткодей-ствующим потенциалом Леннарда-Джонса, описывающим диполь-дипольное взаимодействие незаряженных атомов, и дальнодействующим кулоновским потенциалом для электронов и ионов в неидеальной плазме. В данной работе разработка для ПЛИС велась с использованием технологии OpenCL, что значительно упрощает реализацию алгоритмов. Для платы Terasic DE1-SOC на основе ПЛИС Altera Cyclone V были проведены тесты производительности, результаты которых сопоставлены с аналогичными тестами, проведенными на ЦП Haswell i7, а также с примене-нием графических ускорителей Nvidia 960M и Intel HD Graphics 4600. Было показано, что для систем, состоящих из более чем 500 не-заряженных частиц применение графических ускорителей обеспечивает лучшую производительность в сравнении с версией для ЦП. В то время, как для кулоновского потенциала выигрыш в производительности наблюдается, начиная с меньшего числа частиц. Было показано, что ПЛИС Cyclone 5 обеспечивает производительность, сравнимую с Intel HD Graphics 4600 в задачах молекулярной динамики. Экстраполяция результатов на более мощ-ные модели ПЛИС показала, что ПЛИС семейства Stratix 5 и Altera 10 обес-печат производительность в 10 раз превышающую производительность Cy-clone 5, используемого в данной работе. Полученные результаты говорят о том, что применение ПЛИС целе-сообразно в том случае, если планируется проведение большого объема вы-числений для систем со сравнительно небольшим числом частиц.