GROMACS 4: Algoritmos para Simulação Molecular Altamente Eficiente, Balanceada e Escalável

A simulação molecular é uma ferramenta extremamente útil, mas computacionalmente muito cara para estudos de sistemas químicos e biomoleculares. Aqui, apresentamos uma nova implementação do nosso kit de ferramentas de simulação molecular GROMACS, que agora alcança um desempenho extremamente alto em processadores únicos a partir de otimizações algorítmicas e rotinas codificadas à mão e, ao mesmo tempo, escala muito bem em máquinas paralelas. O código abrange um algoritmo de decomposição de domínio de comunicação mínima, balanceamento de carga dinâmico completo, um solucionador de restrições paralelas de última geração e algoritmos eficientes de sites virtuais que permitem a remoção dos graus de liberdade dos átomos de hidrogênio para possibilitar passos de tempo de integração de até 5 fs para simulações atomísticas também em paralelo. Para melhorar as propriedades de escalonamento dos algoritmos comuns de eletrostática de partículas em rede de Ewald, usamos, além disso, uma abordagem de Múltiplos Programas, Múltiplos Dados, com domínios de nó separados responsáveis por interações no espaço direto e recíproco. Essa combinação de algoritmos não só permite simulações extremamente longas de grandes sistemas, mas também proporciona um desempenho de simulação em números bastante modestos de nós de cluster padrão.