研究課題 1超並列MDプログラムGENESISの開発

生命活動に重要な過程の多くはミリ秒以上時間オーダーで起きますが、分子動力学法(MD)計算で用いる時間幅は1-2フェムト秒と非常に短いものです。そのため、膨大な計算量が必要となり、取り扱える時間や空間的な範囲に限界がありました。私たちは、このような限界を突破するため、独自の並列・高速化手法を持つMDプログラムGENESISを開発しています。これまで「京」などのスーパーコンピュータを用いて、細胞スケールのシミュレーション(100万から10億原子)に成功してきました。私たちは更に次世代スーパーコンピュータや、GPUを含む様々なアーキテクチャーの持つ性能を活かす手法の開発を行っています。計算機による高速化だけでなく、物理、化学、生物の知識を駆使した手法の開発にも取り組んでいます。具体的には、精度を保持しながら、MDの時間幅を伸ばす数値積分手法や、解像度を変えた分子モデルを利用するマルチレゾリューション手法を行っています。計算科学と計算機科学の両面から、現在のシミュレーション研究のブレークスルーを目指して研究を行っています。

参考文献

  1. “Scaling molecular dynamics beyond 100,000 processor cores for large-scale biophysical simulations”, Jaewoon Jung, Wataru Nishima, Marcus Daniels, Gavin Bascom, Chigusa Kobayashi, Adetokunbo Adedoyin, Michael Wall, Anna Lappala, Dominic Phillips, William Fischer, Chang-Shung Tung, Tamar Schlick, Yuji Sugita, and Karissa Y. Sanbonmatsu., J. Comput. Chem, 40, 1919-1930 (2019).
  2. “Optimal temperature evaluation in molecular dynamics simulations with a large time step” J. Jung, C. Kobayashi, and Y. Sugita, J. Chem. Theory Comput., 15, 84-94 (2019).
  3. “GENESIS 1.1: A hybrid-parallel molecular dynamics simulator with enhanced sampling algorithms on multiple computational platforms”, Chigusa Kobayashi, Jaewoon Jung, Yasuhiro Matsunaga, Takaharu Mori, Tadashi Ando, Koichi Tamura, Motoshi Kamiya, and Yuji Sugita., J. Comput. Chem., 38, 2193-2206 (2017).
  4. “Parallel implementation of 3D FFT with volumetric decomposition schemes for efficient molecular dynamics simulations.” Jaewoon Jung, Chigusa Kobayashi, Toshiyuki Imamura, and Yuji Sugita, Comput. Phys. Comm., 200, 57-65 (2016).
  5. “Graphics processing unit acceleration and parallelization of GENESIS for large-scale molecular dynamics simulations”, Jaewoon Jung, Akira Naruse, Chigusa Kobayashi, and Yuji Sugita., J. Chem. Theory Comput., 12, 4947–4958 (2016).
  6. “GENESIS: a hybrid-parallel and multi-scale molecular dynamics simulator with enhanced sampling algorithms for biomolecular and cellular simulations”, Jaewoon Jung, Takaharu Mori, Chigusa Kobayashi, Yasuhiro Matsunaga, Takao Yoda, Michael Feig, and Yuji Sugita, WIREs Comput. Mol. Sci., 5, 310–323 (2015).