耗散粒子动力学GPU并行计算中随机数生成方法的研究.doc

文档介绍：
耗散粒子动力学 GPU 并行计算中随机数生
成方法的研究#
林晨森,陈硕**
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(同济大学航空航天与力学学院,上海 200092)
摘要:耗散粒子动力学在软物质和生物分子系统中被广泛使用,其计算过程中每一个时间步
都需要大量的随机数。本文介绍了几种适合耗散粒子动力学的递推型随机数发生器和非递推
型随机数发生器,并对这些随机数发生器移植 GPU 时的不同方法做了分析对比。
关键词:耗散粒子动力学;随机数;并行计算
中图分类号:O0369
The Study of Random Number Generator for GPU Parallel
Computing in Disspative Particle Dynamics
LIN Chensen, CHEN Shuo
(School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics,Tongji University, Shanghai 200092)
Abstract: Dissipative particle dynamics monly used in models of soft matter and
biomolecular systems. It requres a random number generator to generate the stochastic force
during each time step. In this paper, several kinds of recurrent and nonrecurrent random number
generator suitable for dissipative particle dynamics were discussed. Further more, different
algorithens to implement RNG on GPU were presented pared.
Key words: disspative particle dynamics; random number; puting
0 引言
介观尺度下流体的动力学特征,对于生物工程、环境工程、微流控器件设计等具有重要
的研究价值。耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics,简称 DPD)是一种介观尺度的数
值模拟技术。DPD 方法结合了分子动力学、格子气自动机和格子-玻尔兹曼方法的优点,可
以模拟较大的时空尺度以及具有无网格的特点。DPD 已被成功用于模拟流体流变特性、多
相流体流动、红细胞变形运动、DNA 分子悬浮物流动等。在 DPD 系统中,一个粒子代表许
多分子或原子的集合。所有相互作用的粒子都遵循牛顿运动方程。每个粒子所受合力由三部
分组成:保守力、耗散力、随机力。这些力只有在截断半径 rc 内才发生相互作用。其中随
机力是维持系统能量水平的重要影响因素,随机力的表达式如下
F Rij = s wR (rij )qijeij

()
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R
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机数,进入下一个时间步又需要新的随机数,所以 DPD 模拟中需要 CPU