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Computação de alto desempenho e dinâmica molecular

Processo: 21/03224-3
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de junho de 2021
Vigência (Término): 31 de maio de 2024
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Ciência da Computação - Sistemas de Computação
Pesquisador responsável:Guido Costa Souza de Araújo
Beneficiário:Oscar Samuel Cajahuaringa Macollunco
Instituição Sede: Instituto de Computação (IC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
Assunto(s):Computação de alto desempenho   Computação paralela   Simulação de dinâmica molecular   Espectrometria de massas   Mobilidade iônica
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Hpc | molecular dynamics | parallel computing | High-Performance Computing

Resumo

A espectrometria de massa é uma ferramenta vital para a caracterização molecular em muitas áreas da análise bioquímica. Espectrometria de massa de mobilidade iônica (IM-MS) CCS é uma técnica analítica (experimental) usada para separar e identificar moléculas ionizadas que se movem através de um gás à deriva com base em sua mobilidade. Em tais experimentos, as moléculas podem se mover em um tubo e colidir com as moléculas de gás. Como resultado, as moléculas de gás são refletidas e a combinação dos ângulos de colisão resultantes é usada para estimar a seção transversal de colisão (CCS) da molécula, que depende da estrutura da molécula. O CCS pode ter várias aplicações, como determinar a conformação de moléculas. Também pode ser usado para responder a uma série de questões de pesquisa relevantes, como: (a) Qual é o alcance real e a flexibilidade dos reticuladores ligados às proteínas?; (b) As proteínas são realmente estáveis na fase gasosa?; e (c) Qual é a distribuição da densidade de carga em condições IM-MS? Mobcal é um software conhecido para computação CCS. Nosso grupo no IC-UNICAMP tem trabalhado em estreita colaboração com membros do CCES e do Instituto de Química da UNICAMP para melhorar o desempenho da simulação Mobcal. A complexidade da simulação aumenta consideravelmente à medida que aumentamos o tamanho da molécula. Paralelizamos a simulação CCS em Mobcal usando OpenMP e MPI e testamos usando uma série de moléculas pequenas como Ubiquitina (1201 átomos) à polipeptídicos maiores (como 5leg constituída por 18694 átomos). Os resultados mostram que nossa abordagem pode reduzir consideravelmente o tempo de computação CCS. Estamos planejando estender a simulação Mobcal com técnicas de aceleração baseadas em linked-cells para melhorar a velocidade da simulação, permitindo assim o cálculo do CCS de proteínas muito grandes. A bolsa PD associada a esta submissão terá como foco inicial realizar esta extensão usando o modelo de programação paralela OpenMP Cluster desenvolvido no IC-UNICAMP. Trata-se de uma colaboração conjunta entre os Institutos de Computação e Química da UNICAMP. (AU)

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Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
CAJAHUARINGA, SAMUEL; ZANOTTO, LEANDRO N.; CAETANO, DANIEL L. Z.; RIGO, SANDRO; YVIQUEL, HERVE; SKAF, MUNIR S.; ARAUJO, GUIDO; IEEE COMP SOC. Ion-Molecule Collision Cross-Section Simulation using Linked-cell and Trajectory Parallelization. 2022 IEEE 34TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTER ARCHITECTURE AND HIGH PERFORMANCE COMPUTING (SBAC-PAD 2022), v. N/A, p. 10-pg., . (12/24750-6, 16/04963-6, 13/08293-7, 21/03224-3, 19/19662-0)
CAJAHUARINGA, SAMUEL; ANTONELLI, ALEX. Non-equilibrium free-energy calculation of phase-boundaries using LAMMPS. COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE, v. 207, p. 10-pg., . (13/08293-7, 15/26434-2, 17/26105-4, 10/16970-0, 16/23891-6, 19/26088-8, 21/03224-3)
CAJAHUARINGA, SAMUEL; CAETANO, DANIEL L. Z.; ZANOTTO, LEANDRO N. N.; ARAUJO, GUIDO; SKAF, MUNIR S. S.. MassCCS: A High-Performance Collision Cross-Section Software for Large Macromolecular Assemblies. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 63, n. 11, p. 10-pg., . (13/08293-7, 19/19662-0, 21/03224-3)

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