PMEMD-HW : simulação por dinâmica molecular usando hardware reconfigurável

• Main Author: Mohr, Adilson Arthur
• Publication Date: 2010
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
• Download full: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/5107
• topic: INFORMÁTICA; ARQUITETURA DE COMPUTADOR; FPGA; SIMULAÇÃO (PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES); CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO

Sistemas de dinâmica molecular são definidos pela posição e energia das partículas que o compõe, assim como pelas interações entre estas. Tais sistemas podem ser simu-lados através de métodos matemáticos como o cálculo de forças eletrostáticas baseadas na Lei de Coulomb. Computar os estados através dos quais um sistema destes evolui, avaliando a interação de cada partícula, é tarefa computacionalmente dispendiosa, mes-mo para um número pequeno de partículas. Portanto, podem-se obter benefícios ao se aplicar técnicas específicas para acelerar tais computações. Enquanto alguns estudos propõem o uso de algoritmos diferenciados, existem os que empregam processadores especiais ou hardware personalizado, a técnica abordada nesta Dissertação. Descreve-se aqui o projeto e a prototipação de uma arquitetura de hardware com potencial para acelerar uma aplicação que computa forças eletrostáticas entre partículas não ligadas. Dá-se ênfase especificamente aos aspectos da integração entre o hardware e a aplicação-alvo empregada neste projeto, o programa PMEMD (Particle Mesh Ewald Molecular Dynamics), parte da plataforma AMBER (Assisted Model Building with Energy Refinement). Os cálculos mais onerosos deste programa foram identificados e movidos para uma implementação de hardware em FPGA, criando um co-processador específico o PMEMD-HW. A escolha de um hardware reconfigurável se deve, entre outros motivos, à facilidade de fazer evoluir o processo de projeto e obter a aceleração almejada. A principal contribuição deste trabalho é o domínio da tecnologia de uso de co-processadores de hardware para acelerar aplicações nas áreas de Biologia e Biofísica. Um protótipo funcional está disponível, utilizando uma plataforma comercial de prototipa-ção de hardware. Esta prova de conceito demonstra a viabilidade de usar com sucesso as técnicas desenvolvidas.