Sintesi del progetto
POHGCA si propone di trasferire su architetture GPU-CPU un motore di dinamica molecolare esistente, ORAC, composto da circa 80.000 linee di codice. L’iniziativa nasce dall’esigenza di ridurre i tempi di simulazione per sistemi biologici complessi, rendendo più rapidi gli studi in cui la dinamica molecolare è un tassello fondamentale dei flussi di drug discovery e di biofisica computazionale.
Obiettivi
Il progetto mira a ottenere accelerazioni significative sulle istruzioni per processori (Kernel) più onerose, preservando al contempo la scalabilità ibrida del codice su nodi multicore e cluster multipiattaforma (MPI). L’intento è fornire una versione di ORAC più veloce e affidabile, riutilizzabile in pipeline esistenti di ricerca biomedica e pronta a ricevere ulteriori estensioni metodologiche.
Problemi e necessità
La dinamica molecolare richiede milioni di passi di integrazione e un trattamento accurato delle interazioni, con costi computazionali non sostenibili su sistemi general-purpose. Senza un adattamento mirato del codice sui nodi delle piattaforme di calcolo, il tempo di risoluzione resta incompatibile con progetti che necessitano di screening rapidi o campionamento esteso degli stati conformazionali.
Soluzioni sviluppate
Nell’ambito del progetto è stata eseguita la profilazione e la riscrittura delle principali parti codice per l’esecuzione su architettura CUDA. Le prossime fasi prevedono l’estensione dell’accelerazione ad altri moduli e l’aumento delle metodiche di analisi direttamente disponibili nel codice.
Impatti
Grazie all’attività svolta in POHGCA, ORAC consente simulazioni più lunghe o più numerose a parità di risorse, favorendo esplorazioni di configurazione delle molecole più ampie e stime più robuste delle proprietà termodinamiche e cinetiche. In ambito biomedico ciò si traduce in iterazioni più rapide nei cicli di progettazione di farmaci e in una maggiore affidabilità delle analisi che supportano decisioni sperimentali.
Settori di applicazione
A trarre beneficio dei risultati ottenuti sono la Comunità della Dinamica Molecolare in ambito accademico e industriale, e i Gruppi di Chimica Computazionale e Biofisica. I laboratori di design di ligandi e di simulazione di biosistemi complessi potranno sfruttare il codice accelerato, con applicazioni che spaziano dalla ricerca di base alla pipeline preclinica. L’impostazione modulare del porting permette inoltre di riusare le soluzioni adottate in altri motori HPC per la modellazione molecolare.
