用于硬形状模拟的可扩展 Metropolis Monte Carlo
软凝聚态物质
2016-06-22 v1 数学软件
计算物理
摘要
我们设计并实现了 HPMC，一个可扩展的硬粒子 Monte Carlo 模拟工具包，并将其作为 HOOMD-blue 的一部分开源发布。HPMC 使用区域分解在多个 CPU 和多个 GPU 上并行运行。我们在 CPU 上采用 BVH 树而非元胞列表以实现快速性能，尤其是在粒子尺寸差异较大的情况下，并在 CPU 上使用 SIMD 向量内联函数优化内循环。我们的 GPU 核在棋盘格上并行提出多个试探移动，并使用块级队列在线程间重新分配工作并避免发散。HPMC 支持多种形状类别，包括球体/圆盘、球体并集、凸多边形、凸球多边形、凹多边形、椭球体/椭圆、凸多面体、凸球多面体、被平面切割的球体和凹多面体。NVT 和 NPT 系综可以在 2D 或 3D 三斜盒中运行。附加的积分方案允许进行 Frenkel-Ladd 自由能计算和隐式耗散剂模拟。在一个由 4096 个五边形组成的流体基准系统中，HPMC 在 XSEDE Comet 的 96 个 CPU 核心上用时 10 分钟执行了 1000 万次扫描。同样的模拟串行运行需要 7.6 小时。HPMC 也可扩展至大系统规模，包含 1680 万个粒子的相同基准测试在 OLCF Titan 的 2048 个 GPU 上运行 1.4 小时。
引用
@article{arxiv.1509.04692,
title = {Scalable Metropolis Monte Carlo for simulation of hard shapes},
author = {Joshua A. Anderson and M. Eric Irrgang and Sharon C. Glotzer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.04692},
year = {2016}
}
备注
5 figures