ИСТИНА

Благодаря развитию компьютерных технологий и вычислительных методов, компьютеры играют важную роль в повседневной жизни. Значительная часть современных исследовательских работ использует компьютерное моделирование – либо как основной метод исследования, либо для подтверждения предложенных теорий. В применении к химии современные компьютерные мощности позволяют проводить моделирование больших объектов, таких как биологические системы, или моделировать процессы, которые в реальном времени имеют характерное время порядка микросекунды. Решение подобных задач сопряжено со значительным использованием компьютерных ресурсов, мощностей персонального компьютера может быть не достаточно, или время выполнения задачи на нем займет значительное время. Например, моделирование методом классической молекулярной динамики системы, состоящей из 16000 атомов, с длиной траектории 1 нс на современном компьютере требует примерно 36 часов расчетного времени. В то же время, моделирование биологических процессов (размер объектов в среднем от 30000 атомов, необходимая длина траектории от 500 нс), согласно грубой аппроксимации, потребует не менее 1500 дней для расчета на персональном компьютере. Существует несколько способов решения подобных ресурсоемких задач, например, можно объединить мощности нескольких компьютеров в один (кластер) и использовать его для проведения расчетов. Если производительность полученного кластера значительно превышает возможности «обычных» вычислительных машин, то он будет классифицироваться, как суперкомпьютер. Так, производительность самого слабого суперкомпьютера в рейтинге Top 500 [1] почти в 1000 раз превышает пиковую производительность современного персонального компьютера. На территории России существует 7 суперкомпьютерных комплексов (СКЦ), попавших в рейтинг Top 500, два из которых находятся на территории Московского государственного университета: 36 место – «Ломоносов-2» (2575.9 TFLOPS) и 95 – «Ломоносов» (1700.2 TFLOPS) [1]. Доступ к любому из них открыт для всех желающих при соблюдении определенных требований [2]. Архитектура суперкомпьютерных комплексов приводит к невозможности работы с ними в привычном режиме, а для успешной работы на суперкомпьютере от пользователя требуется определенный уровень технической подготовки. Пользователю необходимо знать, какой инструментарий доступен, и понимать, как получить недостающие для работы инструменты, какие могут быть использованы на суперкомпьютере, а какие нет. Так, отсутствие какого-либо графического окружения делает невозможным работу с программами, использующими графические интерфейсы – например, использование HyperChem [3] на суперкомпьютере не представляется возможным, тогда как Gaussian [4], использующийся в HyperChem для квантовохимических расчетов, доступен по-умолчанию на «Ломоносове». Отдельно следует подчеркнуть, что в отсутствие графических интерфейсов, постановка задач и работа с данными происходит исключительно через командную строку, что также требует дополнительной квалификации пользователя. В настоящей лекции будут освещены основные аспекты работы на суперкомьпютерном комплексе и пути решения задач, связанных с молекулярно-динамическим моделированием биологических систем. Будут рассмотрены все шаги от создания рабочего окружения до анализа полученных данных на примере моделирования мембранного рецептора 1. Top 500 [электронный ресурс]. URL: http://www.top500.org/. 2. СКЦ МГУ [электронный ресурс]. URL: http://parallel.ru/. 3. HyperChem(TM) Professional 7.51, Hypercube, Inc., 1115 NW 4th Street, Gainesville, Florida 32601, USA. 4. Gaussian 09, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.