📦 基于FPGA的分子动力学计算系统 - 免费下载

近年来，分子动力学的模拟仿真在生物分子、材料科学、物理科学等方向应用越来越广泛。使用FPGA加速分子动力学模拟的研究也逐渐成为高性能研究领域的热门话题之一，主要原因在于FPGA同时综合了ASIC和通用处理器的优点。针对分子动力学计算的特点，本文提出一个基于FPGA的分子动力学并行计算系统。 　　 在分子动力学模拟仿真模拟中，其分子间作用力的计算是整个过程中耗时最长的部分，根据分子间间距的长短可将作用力分为短程力与长程力，在很多模型中，如简单流体模型中，长程力可忽略不计，因此短程力就变得格外重要。本文根据短程力之一，伦纳德-琼斯力(LJ力)的特点，介绍了一种FPGA加速LJ力的并行系统。本文所设计的架构是将FPGA作为协处理器计算LJ力，其余部分的计算由主机完成，主机与协处理器间通信采用PCI总线结构进行数据的输入输出。FPGA上所设计的各个功能部件，组成流水线结构完成LJ力计算，最大的开发计算的并行性。LJ力随着分子间距离的增长而逐渐减小，本文根据该特点进行了设计，采用先离散后插值的方法计算公式中的高次幂，并避免了开方运算，同时利用邻近粒子搜索算法中元胞列表算法选取粒子对，通过过滤模块来进一步减少计算粒子对的数量，从而提高整体的性能。 　　 整个设计使用Verilog HDL，硬件开发语言，在ISE 10.0仿真软件环境下开发，采用Xilinx Virtex-II Pro FPGA.硬件平台上进行了实现，并给出了该系统与PC机的性能比较。

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