JP3164256B2 - Computer for many-body problems - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、分子動力学法における
力またはポテンシャルの計算を、効率良く扱うための専
用計算装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a special-purpose computer for efficiently calculating a force or a potential in a molecular dynamics method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液体や固体、或るいは高分子などの挙動
を、それらを構成する原子の動きの結果として考え、そ
の動きを計算機でシミュレーションして研究する分野を
分子動力学法という。以下の説明では粒子という言葉
を、原子と同じ意味で用いる。分子動力学法では、実際
の物質の中から適当な領域を切り出して、そこに含まれ
る全ての原子の座標、質量、電荷量や速度等を計算機中
にモデル化する。例えば１０，０００個の粒子からなる
系（モデル）を考えると、或るｉ番目の粒子に働く力
は、それ以外の９，９９９個の粒子との間に働く力の総
和である。従って、力の計算を９，９９９回行い、それ
らの総和を計算しなければならない。更に、この計算を
全ての粒子について行うので、９９，９９０，０００回
の計算が必要になる。こうして求めた力から各粒子の加
速度を計算し、微小時間後の各粒子の速度や座標を計算
する。このようにして各粒子の新しい速度や座標が求ま
ることを、計算が１ステップ進んだと呼ぶことにする。
分子動力学法では、数千から数万ステップの計算を行う
ことが必要になる。2. Description of the Related Art The field of studying the behavior of liquids, solids, or macromolecules as a result of the movement of atoms constituting them and simulating the movement with a computer is called molecular dynamics. In the following description, the term particle is used interchangeably with atom. In the molecular dynamics method, an appropriate region is cut out of an actual substance, and the coordinates, mass, charge amount, velocity, and the like of all atoms contained therein are modeled in a computer. For example, when a system (model) composed of 10,000 particles is considered, the force acting on a certain i-th particle is the sum of the forces acting on the other 9,999 particles. Therefore, force calculations must be performed 9,999 times, and their sum must be calculated. Furthermore, since this calculation is performed for all particles, 99,990,000 calculations are required. The acceleration of each particle is calculated from the force thus obtained, and the speed and coordinates of each particle after a short time are calculated. Obtaining a new velocity and coordinates for each particle in this manner is referred to as a step of calculation.
In the molecular dynamics method, it is necessary to perform calculations in thousands to tens of thousands of steps.
【０００３】以上の説明から明らかなように、一般にＮ
個の粒子からなる系では力の計算量はほぼＮ2 に比例
し、速度や座標の計算量はＮに比例する。従って、Ｎが
大きくなると力の計算量が膨大になるので、スーパーコ
ンピュータを使っても計算が難しくなる。As is clear from the above description, generally, N
In a system composed of individual particles, the amount of calculation of force is almost proportional to N 2 , and the amount of calculation of speed and coordinates is proportional to N. Therefore, when N becomes large, the amount of calculation of force becomes enormous, so that calculation becomes difficult even with a supercomputer.
【０００４】そこで、“ＧＲＡＰＥ−２Ａ：Ａ Ｓｐｅ
ｃｉａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｎｙ−Ｂｏｄｙ
Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｃ
ｅｎｔｒａｌ Ｆｏｒｃｅ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｅｎｔｙ−ｆｉｆｔｈ ＨＡＷＡＩ
Ｉ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｐ１７
１〜１８０に開示されているように、力の計算を高速化
するための専用計算機が必要になってくる。[0004] Therefore, "GRAPE-2A: A Spe
Cial Purpose Computer for
Simulations of Many-Body
Systems with Arbitrary C
central Force "Proceedings
of the twenty-fifth HAWAI
I international conference
e on system sciences, P17
As disclosed in JP-A Nos. 1-180, a dedicated computer for speeding up the calculation of the force is required.
【０００５】ところで、原子間に働く力には幾つかの種
類がある。ファンデルワールス力はどの原子間にも働
く。原子が電荷を持つならばクーロン力が働き、結合し
ているならばその結合の種類に応じた結合力が働く。フ
ァンデルワールス力は、良く知られたＬ−Ｊ（レナード
ジョーンズ）型ポテンシャルで表されることが多い。こ
の力をＦLJ、粒子間距離をｒとすると、 ＦLJ＝Ａ（Ｂ6 ｒ-7−２Ｂ12ｒ-13 ） ・・・ （１） と表される。ＡとＢは粒子の種類によって決まる定数で
ある。ＦLJはｒが小さくなると急激に大きくなる。ま
た、クーロン力ＦC は ＦC ＝ＣＤｒ-2 ・・・ （２） と表される。ＣとＤはそれぞれの粒子の電荷量である。
このように、ファンデルワールス力やクーロン力は単純
な式で表されるので、計算のアルゴリズムをハードウェ
ア化し、専用計算機として構築し易い。There are several types of forces acting between atoms. Van der Waals forces work between any atoms. If an atom has an electric charge, Coulomb force works, and if it is bonded, a bonding force according to the type of the bond works. The Van der Waals force is often represented by a well-known LJ (Leonard Jones) type potential. The force F LJ, the distance between the particles and r, is expressed as F LJ = A (B 6 r -7 -2B 12 r -13) ··· (1). A and B are constants determined by the type of the particles. FLJ rapidly increases as r decreases. Further, the Coulomb force F C is expressed as F C = CDr −2 (2). C and D are the charge amounts of each particle.
As described above, since the van der Waals force and Coulomb force are represented by simple equations, it is easy to implement a calculation algorithm as hardware and to construct a dedicated computer.
【０００６】しかし、結合力はこのように単純には計算
できず、結合の種類や状態に応じて複雑な計算をしなけ
ればならない。また、高分子などでは、或る原子に直接
結合している原子だけではなく、直接結合している原子
の先に結合している原子や、更にその先に結合している
原子まで、補正を加えることが必要になる。この補正は
専用計算機では処理が難しく、また、処理が必要な原子
の数が数個から１０数個程度なので、専用計算機を制御
する汎用計算機（ホストコンピュータ）上で処理するの
が望ましい。従って、専用計算機上で計算する粒子と、
汎用計算機上で計算する粒子とを分離する手段が必要に
なる。これを図２を用いて説明する。However, the coupling force cannot be calculated simply as described above, and a complicated calculation must be performed according to the type and state of the coupling. Also, in macromolecules, etc., corrections are made not only for atoms directly bonded to a certain atom, but also for atoms bonded directly to the atom directly bonded and atoms further bonded to that atom. It will need to be added. This correction is difficult to process with a special-purpose computer, and the number of atoms that need to be processed is about several to about several tens. Therefore, it is desirable to perform this correction on a general-purpose computer (host computer) that controls the special-purpose computer. Therefore, particles calculated on a dedicated computer,
A means for separating particles calculated on a general-purpose computer is required. This will be described with reference to FIG.
【０００７】図２は水の中に物質が溶けている様子を模
式的に表している。図中黒点で表されるｉ粒子は酸素原
子であり、ｊとｋは水素原子である。これらは結合して
水分子を形成している。ｌは水に溶けている物質の原子
（分子）である。ｉ原子を中心として、適当な短い距離
ｒa の球面を考えると、ｊとｋだけがこの球面内にあ
り、その他の原子は球面の外に在るようにできる。高分
子等の場合でもｒa を適当に選ぶことにより、特別扱い
をしなければならない粒子だけを球面の内部にし、それ
以外の粒子が球面の外部に在るようにできる。また、特
に結合していなくても非常に距離が近い粒子の場合は、
その力をホストコンピュータ上で計算した方が良いこと
が多いので、短い距離ｒa の球面の内と外と分けること
は力の計算上非常に有効である。FIG. 2 schematically shows how a substance is dissolved in water. The i-particles represented by black dots in the figure are oxygen atoms, and j and k are hydrogen atoms. These combine to form a water molecule. l is an atom (molecule) of a substance dissolved in water. Considering a sphere with an appropriate short distance ra around the i atom, only j and k are within this sphere and the other atoms can be outside the sphere. Even in the case of a polymer or the like, by appropriately selecting r a , only particles that need to be specially treated can be made inside the spherical surface, and the other particles can be made outside the spherical surface. Also, in the case of particles that are not bound but are very close,
Since it is often better to calculate the force on the host computer, it is very effective in calculating the force to separate the inside and outside of the sphere having a short distance ra.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来例では、或る特定
の粒子とそれ以外の全ての粒子との力を計算し、同時に
その特定粒子のごく近傍に在る粒子の番号を、近傍リス
トとして自動的に作成する機能がある。しかし、この従
来装置ではごく近傍に在る粒子が及ぼす力も、上述した
式（１）や式（２）で計算してしまい、それを力の総和
に加えてしまうために、計算精度の上で問題が有った。
この点について以下説明をする。In the prior art, the force between a specific particle and all other particles is calculated, and at the same time, the numbers of particles in the immediate vicinity of the specific particle are stored as a neighbor list. There is a function to create it automatically. However, in this conventional device, the force exerted by particles in the immediate vicinity is also calculated by the above-described equations (1) and (2), and is added to the sum of the forces. There was a problem.
This will be described below.
【０００９】従来例では、力を３２ビット浮動小数点
（単精度）で計算している。単精度では仮数部が２３ビ
ットしか無いので、１０進で表すとせいぜい７桁（６桁
強）しか精度が無い。式（１）から明らかなように、特
定粒子のごく近くに在る粒子は非常に大きな力を及ぼす
ので、それを力の総和に加えると仮数部２３ビットに入
らない部分が丸められてしまう。従って、近傍リストを
基に後からホストコンピュータが補正を加えても、本来
式（１）で計算してはいけない、誤差を多く含んだ非常
に大きい数が既に足されてしまっているので、精度の高
い結果を得ることはできない。In the prior art, the force is calculated in 32-bit floating point (single precision). In single precision, the mantissa has only 23 bits, and therefore, when expressed in decimal, there is at most only 7 digits (more than 6 digits) in precision. As is apparent from the equation (1), a particle very close to a specific particle exerts a very large force, and if it is added to the sum of the forces, a portion that does not fit in the 23 bits of the mantissa will be rounded. Therefore, even if the host computer makes a correction based on the neighborhood list later, a very large number containing many errors, which should not be calculated by equation (1), has already been added. High results cannot be obtained.
【００１０】従来例でも使い方を工夫することにより、
このような計算精度の悪化を防ぐことはできる。式
（１）でＡとＢは粒子の種類によって決まる定数であ
る。従って、特定粒子のごく近傍に在る粒子との力を計
算する時に、Ａの値が０になるようにホストコンピュー
タが制御すれば良い。しかし、そのためにはホストコン
ピュータが何らかの方法で近傍リストを事前に獲得し、
そのリストを基にＡの値が０になるように制御する必要
が有る。特定粒子が変わると近傍リストも変わるので、
その度にこの操作を行わなければならない。By devising the usage in the conventional example,
Such deterioration in calculation accuracy can be prevented. In the equation (1), A and B are constants determined by the type of the particles. Therefore, when calculating the force of a specific particle with a particle in the immediate vicinity, the host computer may control the value of A to be zero. However, in order to do so, the host computer obtains the neighbor list in some way in advance,
It is necessary to control the value of A to be 0 based on the list. When the specific particle changes, the neighborhood list also changes, so
This operation must be performed each time.
【００１１】従って、本発明ではホストコンピュータの
負担無しに近傍リストが作成でき、しかも計算精度の高
い結果が得られるような計算装置を提供することを課題
とする。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a computing device which can create a neighborhood list without burdening a host computer and can obtain a result with high calculation accuracy.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の粒子からなる
系の、特定粒子に働く力又はポテンシャルを、前記特定
粒子と該特定粒子以外の粒子との相互作用の総和として
計算する多体問題用計算装置において、系に含まれる全
ての粒子の座標を記憶する第１の座標記憶手段と、該第
１の座標記憶手段に順次粒子番号に対応するアドレスを
供給する第１のアドレス手段と、前記特定粒子の座標を
記憶する第２の座標記憶手段と、前記第１の座標記憶手
段から読み出された座標と前記第２の座標記憶手段から
読み出された前記特定粒子の座標とから粒子間距離ｒを
計算する粒子間距離計算手段と、予め決められた所定の
距離ｒa を記憶する距離記憶手段と、前記粒子間距離ｒ
と前記所定の距離ｒa とを比較し前記粒子間距離ｒが前
記所定の距離ｒa よりも小さい時に書き込み信号を生成
する比較手段と、前記書き込み信号が活性である時に前
記粒子番号を記憶する粒子番号記憶手段と、前記粒子番
号記憶手段にアドレスを供給する第２のアドレス手段
と、前記粒子間距離ｒと前記書き込み信号を入力とし、
前記書き込み信号が活性でない時は前記粒子間距離ｒか
ら粒子間に働く力又はポテンシャルを計算し、書き込み
信号が活性の時は無条件に粒子間に働く力又はポテンシ
ャルを０にする力又はポテンシャルの計算手段とを設
け、力又はポテンシャルを計算する時に、前記特定粒子
から前記所定の距離ｒa より遠くに在る粒子との間での
み力又はポテンシャルを計算し、前記特定粒子から前記
所定の距離ｒa 以内にある粒子については、そのリスト
のみを作るようにしたことを特徴とする。According to the present invention, in order to achieve the above object, a force or a potential acting on a specific particle of a system composed of N particles (N is an integer of 2 or more) is defined as the specific particle. In a multi-body problem calculation device for calculating as a sum of interactions with particles other than the specific particles, a first coordinate storage means for storing coordinates of all particles included in a system, and the first coordinate storage means First address means for sequentially supplying addresses corresponding to the particle numbers, second coordinate storage means for storing the coordinates of the specific particles, and coordinates read from the first coordinate storage means. An inter-particle distance calculation means for calculating an inter-particle distance r from the coordinates of the specific particle read from the coordinate storage means, a distance storage means for storing a predetermined distance r a , Distance r
Storing the comparison means for generating a write signal when the predetermined distance r a and compares the inter-particle distance r is smaller than the predetermined distance r a, the particles number when the write signal is active Particle number storage means, second address means for supplying an address to the particle number storage means, the distance between the particles r and the write signal as input,
When the write signal is not active, the force or potential acting between the particles is calculated from the inter-particle distance r, and when the write signal is active, the force or potential that unconditionally reduces the force or potential acting between the particles to zero. a calculation means is provided, when calculating the force or potential, the force or potential only between the particular particles and particles located farther than the predetermined distance r a is calculated, and the predetermined distance from the specific particles for particles that are within r a, and said that you have to make only the list.
【００１３】粒子間距離ｒと所定の距離ｒa とを比較す
る代わりに、粒子間距離ｒの２乗ｒ2 と所定の距離ｒa
の２乗ｒa 2 を比較してもよい。[0013] Instead of comparing the inter-particle distance r and a predetermined distance r a, 2 square r 2 and a predetermined distance r a particle distance r
2 square r a 2 of may be compared.
【００１４】[0014]
【作用】この発明によれば、或る粒子とそれ以外の粒子
との間に働く力を計算する時に、或る粒子から所定の距
離以内にある粒子のリスト、すなわち、近傍リストを自
動的に作成し、それらの粒子が及ぼす力は力の総和計算
に加えないようにしたので、近傍リストに記録されてい
る粒子が及ぼす力をホストコンピュータ上で計算でき、
結果的に短い処理時間で精度の高い計算結果を得られ
る。According to the present invention, when calculating the force acting between a certain particle and another particle, a list of particles within a predetermined distance from the certain particle, that is, a list of neighbors is automatically set. Created, and the forces exerted by those particles were not added to the calculation of the total force, so that the forces exerted by the particles recorded in the neighbor list can be calculated on the host computer,
As a result, a highly accurate calculation result can be obtained in a short processing time.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The features of the present invention will be specifically described below based on embodiments with reference to the drawings.
【００１６】図１は、本発明の多体問題用計算装置の実
施例を示すブロック図である。図１に示すように、本実
施例の多体問題用計算装置は、粒子番号に対応するアド
レスを指定する第１のアドレス手段１と、系内の各粒子
の座標が格納される第１の座標記憶手段２と、系内の各
粒子と特定粒子の間の粒子間距離の計算手段３と、特定
粒子の座標を記憶する第２の座標記憶手段４と、粒子間
距離と予め定められた所定の距離を比較する比較手段５
と、この所定の距離の記憶手段６と、粒子番号の記憶手
段７と、記憶手段７のアドレスを指定する第２のアドレ
ス手段８と、力の計算手段９とを有するものである。上
記第１のアドレス手段１としては、たとえば、ダウンカ
ウンタが使用され、また、第２のアドレス手段８として
はアップカウンタが使用される。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a multi-body problem computing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a multi-body problem computing device according to the present embodiment includes a first address unit 1 for designating an address corresponding to a particle number, and a first address unit for storing coordinates of each particle in the system. Coordinate storage means 2, calculation means 3 for the distance between particles between each particle in the system and the specific particle, second coordinate storage means 4 for storing the coordinates of the specific particle, and a predetermined distance between the particles. Comparison means 5 for comparing a predetermined distance
And a storage means 6 for the predetermined distance, a storage means 7 for the particle number, a second address means 8 for designating an address of the storage means 7, and a force calculation means 9. As the first address means 1, for example, a down counter is used, and as the second address means 8, an up counter is used.
【００１７】図１に示す計算装置により、特定のｉ番目
の粒子とそれ以外の全ての粒子との間に働く力を計算す
る。この力はクーロン力かファンデルワールス力のどち
らでも良い。The force acting between a particular i-th particle and all other particles is calculated by the calculation device shown in FIG. This force can be either Coulomb force or Van der Waals force.
【００１８】ｉ粒子（図２参照）の座標（ｘi ，ｙi ，
ｚi ）は、図示しない装置によって予めｉ粒子の座標を
記憶する第２の座標記憶手段４に格納されているものと
する。また、ｉ粒子を含む全ての粒子の座標は、図示し
ない装置によって第１の座標記憶手段２に予め格納され
ているものとする。更に、所定の距離ｒa が図示しない
装置によって、距離の記憶手段６に予め格納されている
ものとする。なお、所定の距離ｒa とは、たとえば、図
２に示されるように、ｉ粒子（酸素原子）を特定粒子と
したとき、このｉ粒子に結合しているｊ，ｋ粒子（水素
原子）は含まれるが、ｉ粒子に結合していない他の粒子
は含まれないような距離である。第１のアドレス手段１
には初めの粒子の番号ｊ（最大の粒子番号）が、図示し
ない装置によって設定されており、第２のアドレス手段
８には０が図示しない装置によって設定されているもの
とする。The coordinates (x i , y i , i
It is assumed that z i ) is stored in advance by a device (not shown) in the second coordinate storage means 4 for storing the coordinates of the i-particle. Also, it is assumed that the coordinates of all the particles including the i-particles are stored in the first coordinate storage means 2 in advance by a device (not shown). Furthermore, the predetermined distance r a is the device not shown, is assumed to be previously stored in the storage unit 6 of the distance. The predetermined distance r a, for example, as shown in FIG. 2, when the i particles (oxygen atoms) and a specific particle, j bound to the i particle, k particles (hydrogen atoms) are The distance is such that other particles that are included but not bound to the i-particle are not included. First address means 1
, The initial particle number j (maximum particle number) is set by an unillustrated device, and 0 is set in the second address means 8 by an unillustrated device.
【００１９】計算が始まると、初めの粒子の番号が第１
のアドレス手段１から、第１の座標記憶手段２のアドレ
ス入力に供給される。この結果、第１の座標記憶手段２
から初めの粒子の座標（ｘj ，ｙj ，ｚj ）が読み出さ
れて、粒子間距離の計算手段３に供給される。粒子間距
離の計算手段３では式 ｒj ＝｛（ｘj −ｘi ）2 ＋（ｙj −ｙi ）2 ＋（ｚj
−ｚi ）2 ｝1/2 により、粒子間距離ｒj が計算される。ｒj は力の計算
部９と比較手段５に供給される。比較手段５ではｒ
j と、距離の記憶手段６から供給される距離ｒa とを比
較し、ｒj の方が小さいならばその出力をＨ（ハイレベ
ル）にし、粒子番号の記憶手段７に粒子番号を記憶す
る。更に、記憶させた後で第２のアドレス手段８のアド
レスを１増加させる。力の計算部９では、Ｚｅｒｏ入力
がＬ（ローレベル）の時はｒj から力を計算するが、Ｚ
ｅｒｏ入力がＨの時は無条件に力を０にする。When the calculation starts, the number of the first particle is first.
Is supplied to the address input of the first coordinate storage means 2 from the address means 1. As a result, the first coordinate storage means 2
The coordinates (x j , y j , z j ) of the first particle are read out from, and supplied to the inter-particle distance calculation means 3. In the means 3 for calculating the distance between particles, the equation r j = ｛(x j −x i ) 2 + (y j −y i ) 2 + (z j
−z i ) 2 ｝ 1/2 , the inter-particle distance r j is calculated. r j is supplied to the force calculator 9 and the comparing means 5. In comparison means 5, r
compares the j, the distance and the distance r a supplied from the memory means 6 of, if who r j is small and its output to H (high level), and stores the particle number in the storage means 7 of the particle number . Further, after the storage, the address of the second address means 8 is incremented by one. The force calculator 9 calculates the force from r j when the Zero input is L (low level).
When the ero input is H, the force is unconditionally set to zero.
【００２０】初めの粒子についての処理が終わったなら
ば、第１のアドレス手段１のアドレスを１減少させ次の
粒子について処理をする。このようにして、全ての粒子
について処理をする。全ての粒子についての処理が終わ
ると、ｉ粒子から距離ｒa 以内に在る粒子の番号が、粒
子番号の記憶手段７に記録されていることになる。ま
た、第２のアドレス手段８は「最後にデータを書き込ん
だ番地＋１」になっている。従って、ホストコンピュー
タ２２は、インターフェース２１を介して第２のアドレ
ス手段８を読み出し、その値をもとに粒子番号の記憶手
段７の内容を読み出せば、近傍リストを得ることができ
る。このリストに記録されている粒子が及ぼす力は、力
の総和の計算結果に含まれていないので、それらをホス
トコンピュータ２２上で計算することにより、最終的に
高い精度で計算結果を得ることができる。但し、ここで
得られた近傍リストにはｉ粒子自身も含まれているの
で、ホストコンピュータ２２ではそれを無視する。When the processing for the first particle is completed, the address of the first address means 1 is decremented by 1, and the processing for the next particle is performed. In this way, processing is performed on all particles. When the processing for all the particles is completed, the number of particles there from i particles within the distance r a is, will have been recorded in the storage means 7 of the particle number. The second address means 8 is "address at which data was written last + 1". Therefore, if the host computer 22 reads out the second addressing means 8 via the interface 21 and reads out the contents of the particle number storage means 7 based on the value, a neighborhood list can be obtained. Since the force exerted by the particles recorded in this list is not included in the calculation result of the total force, by calculating them on the host computer 22, it is possible to finally obtain the calculation result with high accuracy. it can. However, since the i-particle itself is also included in the neighborhood list obtained here, the host computer 22 ignores it.
【００２１】このように上述した実施例によれば、ｉ粒
子のごく近傍の粒子がｉ粒子に及ぼす影響を自動的に０
にし、しかも、それらの粒子のリストが自動的に作成で
きるので、力を高速にかつ精度良く計算できるという効
果が得られる。As described above, according to the above-described embodiment, the influence of particles in the vicinity of the i-particle on the i-particle is automatically reduced to zero.
In addition, since the list of the particles can be automatically created, the effect that the force can be calculated at high speed and with high accuracy can be obtained.
【００２２】なお、上述した実施例では、第１のアドレ
ス手段１にはダウンカウンタを用いて、計算実行時に最
大の粒子番号から減少するとしているが、これに制限さ
れるものではなく、アップカウンタを用いても同様の機
能を実現できる。但し、その場合にはカウント値がカウ
ンタの最大カウント値になったら計算を終了するように
するか、または、最大粒子番号を記憶するレジスタを設
け、カウント値がそのレジスタに格納されている値と等
しくなったら計算を終了するようにする。In the above-described embodiment, a down counter is used as the first address means 1 and the number of particles is decreased from the maximum particle number at the time of calculation execution. However, the present invention is not limited to this. The same function can be realized by using. However, in that case, the calculation is terminated when the count value reaches the maximum count value of the counter, or a register for storing the maximum particle number is provided, and the count value is set to the value stored in the register. End the calculation when they are equal.
【００２３】また、第２のアドレス手段８は、粒子番号
の記憶手段７にデータを書き込む時にアップカウンタと
して動作するとしているが、これに制限されるものでは
なく、ダウンカウンタを用いても同様の機能を実現でき
る。The second address means 8 operates as an up-counter when writing data to the particle number storage means 7, but the present invention is not limited to this, and the same applies even if a down-counter is used. Function can be realized.
【００２４】また、距離の計算手段３では距離ｒを求め
るとして説明しているが、距離ｒの２乗ｒ2 を求めても
良い。このようにすれば平方根を計算しなくて良いの
で、ハードウェアが遥かに簡単になる。但し、この場合
には距離の記憶手段６に、ｒaではなくｒa の２乗ｒa
2 を格納しなければならない。また、力の計算部９の入
力が変わるので計算方法が変わるが、本発明の構成自体
は変わらない。Further, the distance calculation means 3 has been described as obtaining the distance r, but the square r 2 of the distance r may be obtained. This makes the hardware much simpler because the square root does not have to be calculated. However, the square r a of the storage unit 6 of the distance in this case, the r a rather r a
2 must be stored. Further, since the input of the force calculator 9 changes, the calculation method changes, but the configuration of the present invention does not change.
【００２５】また、本実施例では、アドレス手段１から
粒子番号が出力されて、粒子番号の記憶手段７に粒子番
号が書かれるまでを一繋がりの動作としているが、これ
を複数に分割し、パイプライン処理させることもでき
る。この場合には、比較手段５の出力が活性化した時に
は、第１のアドレス手段１の出力が既に変化してしまっ
ているという問題が発生する。これを解決するには、図
３に示すように、第１のアドレス手段１と粒子番号の記
憶手段７との間に、デジタル遅延手段１０を入ればよ
い。また、図４に示すように、粒子番号の記憶手段７専
用の粒子番号指定手段１１を設け、その変化タイミング
をずらしてもよい。Further, in this embodiment, the operation from the time when the particle number is output from the address means 1 to the time when the particle number is written in the particle number storage means 7 is a continuous operation. It can also be pipelined. In this case, when the output of the comparing means 5 is activated, there arises a problem that the output of the first address means 1 has already changed. In order to solve this, as shown in FIG. 3, a digital delay means 10 may be inserted between the first address means 1 and the particle number storage means 7. Further, as shown in FIG. 4, a particle number specifying means 11 dedicated to the particle number storage means 7 may be provided, and the change timing may be shifted.
【００２６】更に、上述の実施例では力を計算する場合
について説明しているが、これに制限されるものでは無
く、力の計算部９をポテンシャルの計算部に置き換える
ことにより、ポテンシャルを計算する装置についても全
く同様に適用できる。Further, in the above embodiment, the case of calculating the force is described. However, the present invention is not limited to this, and the potential is calculated by replacing the force calculating unit 9 with the potential calculating unit. The same applies to the device.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
或る粒子とそれ以外の粒子との間に働く力を計算する時
に、或る粒子から所定の距離以内にある粒子のリスト、
すなわち、近傍リストを自動的に作成し、それらの粒子
が及ぼす力は力の総和計算に加えないようにしたので、
近傍リストに記録されている粒子が及ぼす力をホストコ
ンピュータ上で計算でき、結果的に短い処理時間で精度
の高い計算結果を得られるという効果を奏する。As described above, according to the present invention,
When calculating the force acting between one particle and the other, a list of particles within a certain distance from one particle,
In other words, the neighborhood list was created automatically, and the forces exerted by those particles were not added to the total force calculation.
The force exerted by the particles recorded in the neighbor list can be calculated on the host computer, and as a result, a highly accurate calculation result can be obtained in a short processing time.
【図１】 この発明の実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】 ごく短い距離により、結合している粒子とそ
うでない粒子とを分離できることを説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating that bound particles and non-bound particles can be separated by a very short distance.
【図３】 この発明の他の実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
【図４】 この発明の更に他の実施例を示す回路図であ
る。FIG. 4 is a circuit diagram showing still another embodiment of the present invention.
１…第１のアドレス手段、２…第１の座標記憶手段、３
…距離計算手段、４…第２の座標格納手段、５…比較手
段、６…距離の格納手段、７…粒子番号の記憶手段、８
…第２のアドレス手段、９…力の計算手段、１０…遅延
手段、１１…粒子番号指定手段、２１…インターフェー
ス、２２…ホストコンピュータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... First address means, 2 ... First coordinate storage means, 3
... Distance calculation means, 4 ... second coordinate storage means, 5 ... comparison means, 6 ... distance storage means, 7 ... particle number storage means, 8
... second address means, 9 ... force calculation means, 10 ... delay means, 11 ... particle number designation means, 21 ... interface, 22 ... host computer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 宣明 神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロ ックス株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−270952（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−89157（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−176052（ＪＰ，Ａ) 生物物理 Ｖｏｌ．31，Ｎｏ．４ （1991−７−25）ｐｐ．42−46 日本物理学会誌 Ｖｏｌ．45，Ｎｏ. 11（1990−11−５）ｐｐ．812−819 天文月報 Ｖｏｌ．83，Ｎｏ．８ （1990−７−20）ｐｐ．224−226 パリティ Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２ （1990−２−１）ｐｐ．54−55 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 17/10 G06F 19/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Noriaki Miyagawa 2274 Hongo, Ebina-shi, Kanagawa Fuji Xerox Co., Ltd. (56) References JP-A-4-270952 (JP, A) JP-A-5-89157 ( JP, A) JP-A-6-176052 (JP, A) Biophysics Vol. 31, No. 4 (1991-7-25) pp. 42-46 Journal of the Physical Society of Japan Vol. 45, No. 11 (1990-11-5) pp. 812-819 Astronomy Monthly Report, Vol. 83, No. 8 (1990-7-20) pp. 224-226 Parity Vol. 5, No. 2 (1990-2-1) pp. 54-55 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/10 G06F 19/00 JICST file (JOIS)
Claims (3)
る系の、特定粒子に働く力又はポテンシャルを、前記特
定粒子と該特定粒子以外の粒子との相互作用の総和とし
て計算する多体問題用計算装置において、 系に含まれる全ての粒子の座標を記憶する第１の座標記
憶手段と、 該第１の座標記憶手段に順次粒子番号に対応するアドレ
スを供給する第１のアドレス手段と、 前記特定粒子の座標を記憶する第２の座標記憶手段と、 前記第１の座標記憶手段から読み出された座標と前記第
２の座標記憶手段から読み出された前記特定粒子の座標
とから粒子間距離ｒを計算する粒子間距離計算手段と、 予め決められた所定の距離ｒa を記憶する距離記憶手段
と、 前記粒子間距離ｒと前記所定の距離ｒa とを比較し前記
粒子間距離ｒが前記所定の距離ｒa よりも小さい時に書
き込み信号を生成する比較手段と、 前記書き込み信号が活性である時に前記粒子番号を記憶
する粒子番号記憶手段と、 前記粒子番号記憶手段にアドレスを供給する第２のアド
レス手段と、 前記粒子間距離ｒと前記書き込み信号を入力とし、前記
書き込み信号が活性でない時は前記粒子間距離ｒから粒
子間に働く力又はポテンシャルを計算し、書き込み信号
が活性の時は無条件に粒子間に働く力又はポテンシャル
を０にする力又はポテンシャルの計算手段とを設け、 力又はポテンシャルを計算する時に、前記特定粒子から
前記所定の距離ｒa より遠くに在る粒子との間でのみ力
又はポテンシャルを計算し、前記特定粒子から前記所定
の距離ｒa 以内にある粒子については、そのリストのみ
を作るようにしたことを特徴とする多体問題用計算装
置。1. A force or potential acting on a specific particle of a system composed of N particles (N is an integer of 2 or more) is calculated as a sum of interactions between the specific particle and particles other than the specific particle. In the multi-body problem computing device, a first coordinate storage means for storing coordinates of all particles included in the system, and a first address for sequentially supplying addresses corresponding to particle numbers to the first coordinate storage means Means, second coordinate storage means for storing the coordinates of the specific particle, coordinates read from the first coordinate storage means, and coordinates of the specific particle read from the second coordinate storage means An inter-particle distance calculating means for calculating an inter-particle distance r from; a distance storing means for storing a predetermined distance r a predetermined; and comparing the inter-particle distance r with the predetermined distance ra. The distance r between particles is the predetermined distance comparison means for generating a write signal when less than a, and the particle number storage means for storing the particles number when the write signal is active, the second address means for supplying an address to the particle number storage means The input between the inter-particle distance r and the write signal, when the write signal is not active, calculates the force or potential acting between the particles from the inter-particle distance r, and when the write signal is active, the particles are unconditionally the force or potential acting between providing the computing means of the force or potential to 0, only the force between when calculating the force or potential, the particles located from said specific particles farther than the predetermined distance r a or the potential was calculated above for the particles from a specific particle within the predetermined distance r a, and characterized in that so as to make only the list Many-body problem for a computing device that.
る系の、特定粒子に働く力又はポテンシャルを、前記特
定粒子と該特定粒子以外の粒子との相互作用の総和とし
て計算する多体問題用計算装置において、 系に含まれる全ての粒子の座標を記憶する第１の座標記
憶手段と、 該第１の座標記憶手段に順次粒子番号に対応するアドレ
スを供給する第１のアドレス手段と、 前記特定粒子の座標を記憶する第２の座標記憶手段と、 前記第１の座標記憶手段から読み出された座標と前記第
２の座標記憶手段から読み出された前記特定粒子の座標
とから粒子間距離ｒの２乗ｒ2 を計算する粒子間距離計
算手段と、 予め決められた所定の距離ｒa の２乗ｒa 2 を記憶する
距離記憶手段と、 前記ｒ2 と前記ｒa 2 とを比較しｒ2 がｒa 2 よりも小
さい時に書き込み信号を生成する比較手段と、 前記書き込み信号が活性である時に前記粒子番号を記憶
する粒子番号記憶手段と、 前記粒子番号記憶手段にアドレスを供給する第２のアド
レス手段と、 前記粒子間距離ｒの２乗ｒ2 と前記書き込み信号を入力
とし、前記書き込み信号が活性でない時は前記粒子間距
離ｒから粒子間に働く力又はポテンシャルを計算し、書
き込み信号が活性の時は無条件に粒子間に働く力又はポ
テンシャルを０にする力又はポテンシャルの計算手段と
を設け、 力又はポテンシャルを計算する時に、前記特定粒子から
前記所定の距離ｒa より遠くに在る粒子との間でのみ力
又はポテンシャルを計算し、前記特定粒子から前記所定
の距離ｒa 以内にある粒子については、そのリストのみ
を作るようにしたことを特徴とする多体問題用計算装
置。2. A force or potential acting on a specific particle in a system composed of N (N is an integer of 2 or more) particles is calculated as a sum of interactions between the specific particle and particles other than the specific particle. In the multi-body problem computing device, a first coordinate storage means for storing coordinates of all particles included in the system, and a first address for sequentially supplying addresses corresponding to particle numbers to the first coordinate storage means Means, second coordinate storage means for storing the coordinates of the specific particle, coordinates read from the first coordinate storage means, and coordinates of the specific particle read from the second coordinate storage means An inter-particle distance calculating means for calculating a square r 2 of the inter-particle distance r from: a distance storing means for storing a square r a 2 of a predetermined distance ra; and r 2 and r r 2 is compared with a 2 wrote when smaller than r a 2 A comparing means for generating a read signal; a particle number storing means for storing the particle number when the write signal is active; a second address means for supplying an address to the particle number storing means; said write signal and the square r 2 of r as input, when the write signal is not active calculates the force or potential acting between the particles from the inter-particle distance r, particles unconditionally when the write signal is active the force or potential acting between providing the computing means of the force or potential to 0, only the force between when calculating the force or potential, the particles located from said specific particles farther than the predetermined distance r a or the potential to calculate, for the for the particles from a specific particle within the predetermined distance r a, multibody problem is characterized in that so as to make only the list Calculation apparatus.
結合している他の粒子は含まれるが、前記特定粒子に結
合していない他の粒子は含まれないような距離であるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多体問題
用計算装置。3. The predetermined distance ra is a distance such that other particles bound to the specific particle are included, but other particles not bound to the specific particle are not included. The multi-body problem computing device according to claim 1 or 2, wherein:
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290993A JP3164256B2 (en) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | Computer for many-body problems |
| US08/186,029 US5596511A (en) | 1993-01-27 | 1994-01-25 | Computing method and apparatus for a many-body problem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| JPH06231115A JPH06231115A (en) | 1994-08-19 |
| JP3164256B2 true JP3164256B2 (en) | 2001-05-08 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1290993A Expired - Fee Related JP3164256B2 (en) | 1993-01-27 | 1993-01-28 | Computer for many-body problems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164256B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101770780B1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-08-24 | 한국철도기술연구원 | a tube type absorbing device |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6658358B2 (en) * | 2002-05-02 | 2003-12-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method and system for computing forces on data objects for physics-based visualization |
| JP4321510B2 (en) | 2005-10-21 | 2009-08-26 | 日本電気株式会社 | Multi-body problem computing device |
| JP4475419B2 (en) | 2005-10-31 | 2010-06-09 | 日本電気株式会社 | Multibody problem calculation apparatus and method |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP1290993A patent/JP3164256B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| パリティ Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２（１９９０−２−１）ｐｐ．５４−５５ |
| 天文月報 Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．８（１９９０−７−２０）ｐｐ．２２４−２２６ |
| 日本物理学会誌 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１１（１９９０−１１−５）ｐｐ．８１２−８１９ |
| 生物物理 Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．４（１９９１−７−２５）ｐｐ．４２−４６ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101770780B1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-08-24 | 한국철도기술연구원 | a tube type absorbing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH06231115A (en) | 1994-08-19 |
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