maisМоделирование и анализ информационных системModeling and Analysis of Information Systems1818-10152313-5417Yaroslavl State University10.18255/1818-1015-2019-3-360-364mais-1229Research ArticleComputer System OrganizationGRID-система на основе европейских стандартов EGI для крупномасштабных расчетов по оригинальному ускоренному методу квантовой химииGRID-system Based on European EGI Standards for Large-scale Calculations Using the Original Accelerated Method of Quantum Chemistryhttps://orcid.org/0000-0002-5724-8969АникинНиколай АлексеевичAnikinNikolay A.

кандидат химических наук

PhD

nikan@swf.chem.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3596-2782МускатинАлександр ЮрьевичMuskatinAlexander Y.

PhD

amus74@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3944-8203КузьминскийМихаил БорисовичKuzminskyMikhail B.

кандидат химических наук

PhD

kus@free.nethttps://orcid.org/0000-0001-8893-4577РусаковАлександр ИльичRusakovAlexandr I.

доктор химических наук, профессор

PhD

alex@yars.free.netИнститут органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наукРоссияN. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry RASRussian FederationЯрославский государственный университет им. П. Г. ДемидоваРоссияP. G. Demidov Yaroslavl State UniversityRussian Federation201928092019263360364Copyright © Аникин Н.А., Мускатин А.Ю., Кузьминский М.Б., Русаков А.И., 20192019Аникин Н.А., Мускатин А.Ю., Кузьминский М.Б., Русаков А.И.Anikin N.A., Muskatin A.Y., Kuzminsky M.B., Rusakov A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/1229

На основе анализа современных средств создания ИС GRID-типа, входящих в ставший европейским EGI-“стандартом” репозиторий UMD (включая новые версии Globus Toolkit, ARC, dCache и др.), кратко рассмотрено применение GRID-систем для задач вычислительной химии. Созданная авторами GRID-система объединяет два кластера с Linux CentOS 7 и базируется на программном обеспечении из UMD-4. Актуальность и эффективность применения систем пакетной обработки (у нас используется Torque 4.2.10) в квантовохимических расчетах повышается для массовых расчетов докинг-комплексов (в т.ч. для задач моделирования лекарств), для чего был предложен усовершенствованный полуэмпирический метод с более эффективными аппроксимациями, реализованный в программном комплексе LSSDOCK на Fortran-95. Для таких расчетов разработаны новые методы аппроксимаций, в т.ч. для функционалов DFT, и осуществляется их программная реализация. Разработаны конверторы результатов расчетов по LSSDOCK в естественный для GRID, основанный на XML, формат CML версии 3. С использованием CMLформата на базе программных средств dCache реализовано единое дерево виртуальной файловой GRID-системы, распределённой между гетерогенными узлами, которое используется для хранения результатов расчетов по LSSDOCK.

Based on the analysis of modern tools for creating GRID-type information systems that are part of the European EGI “standard” – UMD repository (including new versions of Globus Toolkit, ARC, dCache, etc.), the applying of GRID systems for computational chemistry is briefly discussed. The GRID system created by the authors combines two clusters with Linux CentOS 7 and is based on software from UMD-4. The relevance and effectiveness of batch processing systems (we use Torque 4.2.10) in quantum chemical calculations is increased for mass calculations of docking complexes (including for drug modeling problems), for which an improved semiempirical method with more efficient approximations was proposed, implemented in the Fortran-95 LSSDOCK software package. For such calculations, new approximation methods have been developed, including for DFT functionals, and their software implementation is carried out. Converters of calculation results by LSSDOCK into a natural for GRID XML-based format CML version 3 are developed. Using the CML format based on dCache software, a single tree of a virtual GRID filesystem distributed between heterogeneous nodes is used to store the results of LSSDOCK calculations.

GRIDUMDWeb-сервисыраспределенная файловая системаCMLквантовая химиядокинг-комплексыGRIDUMDWeb servicesdistributed file systemCMLquantum chemistrydocking complexesРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-07-00657.This work was funded by the RFBR according to the research № 18-07-00657.ReferencesБиктимиров М. Р., и др., “Использование информационных технологий и инфраструктур для агрегации научной информации. Опыт Канады, Нидерландов, Германии”, Моделирование и анализ информационных систем, 22:1 (2015), 114–126 [2]https://www.olcf.ornl.gov/frontier/.Biktimirov M. R., et al., “Information Technologies and Infrastructures for Research Data Aggregation. The Experience of Canada, Netherlands and Germany”, Modeling and Analysis of Information Systems, 22:1 (2015), 114–126, (in Russian).Фарков М. А., Легалов А. И., “Применение методов оптимизации для выполнения молекулярного докинга на графических процессорах”, Моделирование и анализ информационных систем, 21:5 (2014), 93–101https://www.olcf.ornl.gov/frontier/.Аникин Н. А., и др., “Новый подход к ускорению массовых квантово-химических расчетов докинг-комплексов”, Известия Академии наук. Серия химическая, 6 (2018), 1100–1103Farkov M. A., Legalov A. I., “Application of Numerical Optimization Methods to Perform Molecular Docking on Graphics Processing Units”, Modeling and Analysis of Information Systems, 21:5 (2014), 93–101, (in Russian).Caldararu O., et al., “Binding Free Energies in the SAMPL5 Octa-acid Host–guest Challenge Calculated with DFT-D3 and CCSD(T)”, Journal of Computer-Aided Molecular Design, 31:1 (2017), 87–106.Anikin N. A., et al., “A New Approach for the Acceleration of Large-scale Serial Quantum Chemical Calculations of Docking Complexes”, Russian Chemical Bulletin, 2018, № 6, 1100–1103, (in Russian).Yilmazer N. D., Korth M., “Recent Progress in Treating Protein–Ligand Interactions with Quantum-Mechanical Methods”, International Journal of Molecular Sciences, 17:5 (2016), Article ID 742.Caldararu O., et al., “Binding Free Energies in the SAMPL5 Octa-acid Host–guest Challenge Calculated with DFT-D3 and CCSD(T)”, Journal of Computer-Aided Molecular Design, 31:1 (2017), 87–106.Мускатин А. Ю., Кузьминский М. Б., Русаков А. И., “На пути к унифицированным грид-системам”, Открытые системы. СУБД, 1 (2019), 10–14Yilmazer N. D., Korth M., “Recent Progress in Treating Protein–Ligand Interactions with Quantum-Mechanical Methods”, International Journal of Molecular Sciences, 17:5 (2016), Article ID 742.Fernandez P. O., et al., “umd-verification: Automation of Software Validation for the EGI Federated e-Infrastructure”, Journal of Grid Computing, 16:4 (2018), 683–696.Muskatin A. Y., Kuz’minskii M. B., Rusakov A. I., “Towards Unified Grid Systems”, Open Systems. DBMS, 1 (2019), 10–14, (in Russian).http://repository.egi.eu/category/umd releases/.Fernandez P. O., et al., “umd-verification: Automation of Software Validation for the EGI Federated e-Infrastructure”, Journal of Grid Computing, 16:4 (2018), 683–696.Merelli I., “Infrastructure for High-Performance Computing: Grids and Grid Computing”, Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology: ABC of Bioinformatics, 2018, 230–235.http://repository.egi.eu/category/umd releases/.Grunzke R., et al., “Managing Complexity in Distributed Data Life Cycles Enhancing Scientific Discovery”, IEEE 11th International Conference on e-Science, 2015, 371–380.Merelli I., “Infrastructure for High-Performance Computing: Grids and Grid Computing”, Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology: ABC of Bioinformatics, 2018, 230–235.Bhanwar S., Bawa S., “TUX-INTERO: A Portal for Secure Interoperation of Grids”, Int.J. Eng. Sci. Technol, 2:7 (2010), 3335–3343.Grunzke R., et al., “Managing Complexity in Distributed Data Life Cycles Enhancing Scientific Discovery”, IEEE 11th International Conference on e-Science, 2015, 371–380.Herres-Pawlis S., et al., “Quantum Chemical Meta-workflows in MoSGrid”, Concurrency and Computation: Practice and Experience, 27:2 (2015), 344–357.Bhanwar S., Bawa S., “TUX-INTERO: A Portal for Secure Interoperation of Grids”, Int.J. Eng. Sci. Technol, 2:7 (2010), 3335–3343.http://www.xml-cml.org/.Herres-Pawlis S., et al., “Quantum Chemical Meta-workflows in MoSGrid”, Concurrency and Computation: Practice and Experience, 27:2 (2015), 344–357.http://www.xml-cml.org/.http://www.xml-cml.org/.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.