GPUを用いた分子モデリング

GPUを用いた分子モデリング（GPUをもちいたぶんしモデリング、molecular modeling on GPU）は、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）を用いて分子シミュレーションを行う技術である。

2007年、NVIDIA社は、グラフィックスを表示するだけでなく、科学的な計算にも使用できるビデオカードを発表した。これらのカードは、多数の演算ユニットが並列に動作している（2016年現在、Tesla P100では最大3,584個）。この発表よりずっと前は、ビデオカードの計算能力は純粋にグラフィックス計算の高速化に使われていた。新しくなったのは、NVIDIAがCUDAと呼ばれる高レベルのアプリケーション・プログラミング・インターフェース（API）で並列プログラムの開発を可能にしたことである。この技術により、C/C++言語でプログラムを書けるようになって、プログラミングが大幅に簡素化された。最近では、OpenCLによりクロスプラットフォームでのGPU高速化が可能になった。

量子化学計算や分子力学シミュレーション（古典力学による分子モデリング）は、この技術の有益な応用例である。ビデオカードは計算を何十倍にも高速化できるため、このようなカードを搭載したPCは、一般的なプロセッサを搭載したワークステーションのクラスタに匹敵する能力を持っている。

GPUで高速化した分子モデリングソフトウェア

プログラム 
Abalone - 分子動力学 (Benchmark)
ACEMD - 2009以降、GPUで動作 (2009 Benchmark)
AMBER GPUバージョン
Ascalaph GPUバージョン - Ascalaph Liquid GPU
BigDFT - ウェーブレットに基づくAb initioプログラム
BrianQC - 量子化学（HFおよびDFT）および分子力学
Blaze - リガンドベースのバーチャルスクリーニング
CP2K - Ab initio分子動力学法
Desmond (software) - GPU、ワークステーション、クラスタ上のソフトウェア
Firefly - 旧PC GAMESS
FastROCS
GOMC - GPU最適化モンテカルロシミュレーションエンジン
GPIUTMD - 多粒子ダイナミクスのためのグラフィカルなプロセッサ
GROMACS - GPUバージョン 
HALMD - 高度に高速化された大規模MDパッケージ
HOOMD-blue - 高度に最適化されたオブジェクト指向の多粒子動力学 - ブルー・エディション
LAMMPS - GPUバージョン - lammps for accelerators
LIO - 密度汎関数理論（DFT）に基づくGPU最適化コード 
Octopus - OpenCLをサポート
oxDNA - GPUによるDNAおよびRNAの粗視化シミュレーション
PWmat - 平面波密度汎関数法によるシミュレーション
TeraChem - 量子化学と ab initio 分子動力学
TINKER - GPU上 
VMD & NAMD  - GPU上 versions
YASARA - OpenCLを使ってすべてのGPUでMDシミュレーションを実行

API 
BrianQC - GPU上での量子化学シミュレーションのためのオープンなCレベルAPIで、Q-ChemのGPUアクセラレーションバージョンを提供する。
OpenMM - GPU上で分子動力学を高速化するためのAPI、v1.0ではGPUで加速したGROMACSを提供
mdcore - 最新の共有メモリ並列アーキテクチャに基づく分子動力学シミュレーションのための、プラットフォームに依存しないオープンソースのライブラリ

分散コンピューティングプロジェクト 
GPUGRID - 分子動力学シミュレーション基盤
Folding@home - タンパク質フォールディングの解析プロジェクト

脚注

関連項目 

GPGPU

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧

分子エディタ
Folding@home
シミュレーテッド・リアリティ

外部リンク 
More links for classical and quantum сhemistry on GPUs

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分子動力学
化学ソフトウェア
GPGPU