전산 화학 및 나노 물질 계산 그리드

Abstract

I. 제 목 전산 화학 및 나노 물질 계산 그리드 II. 연구의 목적 및 중요성 1) 연구의 목적 본 연구과제는 글로버스 기반 그리드 시스템에 전산화학- 나노물질 계산 그리드를 구축하고 이를 나노 물질의 특성 규명이나 설계에 활용하는 것을 목적으로 한다. 2) 연구의 중요성 분자수준에서 분자나 나노물질의 다양한 특성을 이해하기 위하여, 매우 방대한 계산을 수행하여야 하는 경우가 많다. 이런 경우, 막대한 계산자원이 필요 하며, 그리드 시스템을 이용한다면, 각 연구진이 기존의 방법으로는 수행할 수 없는 양자화학계산이나 분자동력학 계산을 비교적 짧은 시간내에 수행할 수 있으므로 용이하다. 또한 전산 화학 연구의 특성상 연구자 별로 보유하고 있는 소프트웨어/하드웨어가 상이하며, 연구자별로 관심을 기울여 관리하고 이해 수준이 높은 소프트웨어/하드웨어도 다르다. 또한 전산 화학 연구는 그 연구의 규모와 연구 방향이 항상 천차만별로 달라지므로, 요구하는 전산 자원이 동적으로 변화한다. 따라서 그리드 시스템은 전산 화학 분야에 특히 효과적이다. 본 과제에서는 1차년도 과제에서 습득한 그리드 구축 관련 노하우와, 활용 가능성에 대한 연구를 바탕으로, 실제 응용 가능한 그리드 시스템을 구축하고 의미 있는 전산 화학 연구에 연구기간동안 활용하고자 하는 데 그 특징이 있다. 그리하여 선도적인 그리드 구축, 솔루션 개발, 활용 경험을 확보하고, 여기에서 파생되는 제 경험들을 연구 결과로 정리하고자 하는 것이다. III. 연구의 내용 및 결과 당해 연구 과제에서는 그리드 시스템의 현장 활용과 현장 활용 과정에서 얻어지는 지식들을 정리하면서 개선해 나가는 데 그 중점을 두었다. 그리하여, 전산 화학 응용 그리드 시스템인 AAOGS와, 개발용 테스트 그리드 시스템인 NTGP를 구축하여 활용하였다. AAOGS는 편리하고 현실적인 유저 인터페이스, 다양한 입력 생산 스크립트, 출력 분석 스크립트를 지원한다. AAOGS는 전산 화학 연구자가 간단하게 HTC 작업을 처리할 수 있도록 최적화하는 방향으로 개발되어 나갔으며, 연구 현장에서 실용적인 연구에 적용하는 일과 병행되었다. NTGP는 그리드 시스템의 추후 ECCE를 연계를 통한 유저 인터페이스 개선, 입출력 관리를 위한 데이터베이스 연결, 그리드 정보 서비스를 위한 미들웨어 기능 통합을 위한 시험용으로 운용되었다. 이를 통해 전산 화학 HTC의 성격을 정리한 결과, 대부분의 전산 화학 연구에서 소규모 HTC가 적합하며, 분야에 따라 대규모의 HTC를 수행할 수 있는 문제 모델들을 발견 할 수 있었다. 실제로, 그리드 시스템을 활용하여, 반도체 표면의 유기 분자 흡착에 대해 적절한 모델을 도출하고 표면 구조의 특성을 이론적으로 관찰하였고, 유기 발광 소자를 위한 인광 물질 후보군에 대해 들뜬 상태 구조를 계산해 보았다. 또 풀러렌 화합물의 질소 포획 현상에 대해 포텐셜 에너지 곡선을 도출해 본 결과, 질소 포획이 발생할 수 있음을 지지하는 쪽인 결과를 얻었다. 이외에도 다양한 통상적인 연구를 통해 그리드 시스템 활용의 경험을 습득하였고, 이 과정에서 현장에서 필요한 그리드 시스템의 특징들을 포착, 개선하였다. 이는 전산 화학 그리드 시스템 상의 기술적인 유의점으로 요약된다. 끝으로, 이러한 그리드 운용 경험에서 얻어진 지식들을 전산 화학 분야 뿐만 아니라 다른 분야까지 일반화 할 수 있는 내용들로 정리하였으며, 공개 웹 사이트인 http://aaogs.kaist.ac.kr/grid 가 대표적인 그리드 연구 웹 사이트가 될 수 있도록 개설/운영하였다. IV. 결론 본 연구는 현장 문제에 그리드 시스템을 다양하게 활용한 선도적인 연구 결과이므로, 추후 타 연구팀의 개발 방향과 연구 계획에 좋은 참고가 될 것이라 본다. 본 연구는 특히 전산 화학 분야의 의미 있는 그리드 활용을 위한 그리드 시스템의 성격을 규정하였고, 다양한 HTC 활용례를 제시하였으며, 각각의 경우에 기술적인 문제점들을 지적하였다. 따라서 차후 연구팀에게는 문제점들을?리드 시스템과 별도로도, 반도체 물질 거동과 풀러렌을 이용한 소자 물질 탐색에 의미있는 선행연구가 되었으며, 이러한 연구는 반도체 물질의 유기 흡착 메커니즘의 이해를 통한 BT 기술 응용 및, 양자 컴퓨터 소자 재료로서의 가능성 탐색으로 연장 될 수 있을 것이다.

I. Title Computational Chemistry and Nano- Material GRID II. Objective and Significance 1) Objectives The objective of this project is to establish a globus based computational chemistry GRID environment and utilize computing resources effectively, applying to molecular design and nano- material characteristics understanding. 2) Significance Understanding properties of materials or chemicals at the level of molecule, enormous computations are often required. For some cases, huge amount of computing resources are needed. Using GRID system, each member of GRID organization can proceed quantum mechanical calculations or molecular dynamics calculations which are hard to do with former stand- alone computing environment. In addition, for computational chemistry application, especially, each member of GRID organization usually has different kind of software/hardware, care and manage different kind of software/hardware. And computational chemistry problems require various scales of calculations due to various types of approaches or targets. This dynamic variety of requirements are appropriate to GRID environments. This project has plan to construct real- world application GRID system solution, based on GRID construction know- hows and application method studies of the first year project. And the uniqueness of this project is to do meaningful field researches on computational chemistry area, with GRID system. From this, leading GRID system solution technique and field experiences are to be reported and archived. III. Contents, Scope and Result This project focuses on real world application of GRID and its derived know- hows. For this, computational chemistry application GRID system, AAOGS and development test GRID system, NTGP are constructed and used. AAOGS has convenient and practical user interface, various input generation scripts and output analysis scripts. AAOGS has been optimized for the purpose of easy and simple utility to computational chemistry researchers who want to do usual routine calculations or HTC processing. AAOGS has been constructed by incremental development with real world practical applications. NTGP was constructed and used for test of ECCE gluing for user interface extensibility, input/ouput management with database connection, middleware functionalities integration including standardized MDS and GRIS. Through these researches, characteristics of computational chemistry High Throughput Computing are summarized. Most of computational chemistry researches can be done by small scale HTC, and for some specific cases of problems are turned out to have dramatically efficiency to large scale HTC. For real world applications, using GRID system, semi- conductor surface adsorption of organic molecules were studied. The compatible computational model was suggested, and surface dimer properties were researched. And besides, structures of luminescent materials at their excited states were investigated. In addition, nitrogen atom capture of fullerene complex was studied with potential energy curve generation, which is turned out to be supporting possibility of the capture. And also usual routine researches were done by the constructed GRID system, and their experiences were collected, and used to improve GRID system for real world usage. These informations were organized to report for computational chemistry application. Finally, these knowledges were generalized for all the GRID researchers not only computational chemists, and archived in documents. http://aaogs.kaist.ac.kr/grid web site is opened and run. IV. Conclusion This project has results of leading experiences of field application, which will be helpful to researchers of various different fields who are interested with GRID technology. This study suggests the GRID system uniqueness for computational chemistry application, various HTC application models and technical problems, which shows the way of further researches and applicational possibilities. On the other hand, besides GRID technology, applications themselves were meaningful preceding researches for BT application of semi- conductor material organic molecule adsorption or exploring element material of quantum computer.