Molecular dynamics simulations are essential for studying atomic and molecular behavior, utilizing potential functions to model interactions between sets of two or more particles. While pairwise potentials, potentials computing interaction between two particles, are widely popular, they can lack accuracy, necessitating the inclusion of interactions between three particles. However, these interactions, referred to as three-body interactions, possess a higher computational complexity, which poses a significant burden for their real-world applicability. To mitigate this issue, this work implements zonal methods, a class of node- level parallelization methods, to parallelize molecular dynamics simulations considering three-body interactions. For this purpose, we have derived theoretical requirements for applying zonal methods with three-body interactions, and created an efficient framework on top of these insights. In this framework, the fullshell, halfshell and midpoint methods were implemented, which, evaluated on a distributed system, demonstrated the high scalability of zonal methods, thus enhancing the feasibility of high-fidelity molecular dynamics simulations.     «

Molecular dynamics simulations are essential for studying atomic and molecular behavior, utilizing potential functions to model interactions between sets of two or more particles. While pairwise potentials, potentials computing interaction between two particles, are widely popular, they can lack accuracy, necessitating the inclusion of interactions between three particles. However, these interactions, referred to as three-body interactions, possess a higher computational complexity, which p...     »

Die Molekulardynamik-Simulation ist ein essentielles Instrument für die Untersuchung von Verhalten zwischen Partikeln, die mittels Potentialfunktionen die Kräfte zwischen zwei oder mehr Partikeln modelliert. Während paarweise Potentiale, solche die Interaktionen zwischen zwei Partikel berechnen, weit Gebrauch finden, sind diese zum Teils inakkurat, was die zusätzliche Berechnung von Kräften zwischen drei Partikel notwendig macht. Doch solche Kräfte, auch Drei-Körper-Interaktionen genannt, haben eine signifikant höhere Komplexität in ihrer Berechnung, die ihren praktischen Gebrauch erschwert. Um diese Hürde zu mildern, verwendet diese Arbeit Zonal Methods, eine Klasse an Parallelisierungsmethoden, um Molekulardynamik-Simulationen auf verteilten System zu parallelisieren. Für diesen Zweck leitet dieses Werk die theoretischen Vorraussetungen für die Anwendung von Zonal Methods mit Drei-Körper-Interaktionen her, um dann schließlich basierend auf diesen Wissen ein praktisches Framework zu implementieren. In diesem Framework wurden die Fullshell, Halfshell und Midpoint Methoden implementiert, die, unter Auswertung auf einem verteilten System, erfolgreich eine effiziente Parallelisierung demonstrierten und zudemgleich die Hürde für die Anwendung hoch-präziser Molekulardynamik-Simulation senkten.     «

Die Molekulardynamik-Simulation ist ein essentielles Instrument für die Untersuchung von Verhalten zwischen Partikeln, die mittels Potentialfunktionen die Kräfte zwischen zwei oder mehr Partikeln modelliert. Während paarweise Potentiale, solche die Interaktionen zwischen zwei Partikel berechnen, weit Gebrauch finden, sind diese zum Teils inakkurat, was die zusätzliche Berechnung von Kräften zwischen drei Partikel notwendig macht. Doch solche Kräfte, auch Drei-Körper-Interaktionen genannt, h...     »