单晶硅超精密加工技术是电子信息产业发展的根本保障,超精密磨削技术是单晶硅超精密加工技术的前沿。运用分子动力学仿真研究超精密加工过程,能够解决传统切削理论难以解释纳米级超精密加工机理的问题,同时用数值计算代替加工实验克服了超精密加工实验难以实现和测控的困难。并行计算能够解决串行分子动力学仿真计算时间长、仿真规模小的局限,使运用分子动力学仿真方法研究单晶硅超精密磨削过程具有了更加现实的意义。 针对单晶硅超精密磨削过程的分子动力学并行仿真,首先建立了磨削过程的三维分子动力学仿真模型,分析了单晶硅超精密磨削的过程特点和分子动力学仿真串行程序,研究了分子动力学并行仿真的可行性和并行化策略。然后介绍了并行算法研究现状,运用PCAM设计方法学并结合计算要求和仿真对象特点,设计了以区域分解法为基础的基于区域二次划分的分子动力学仿真的并行算法,并且针对具体仿真模型的不同,衍生出不同特点的基于区域二次划分的并行算法。接着对原子信息的逐个传递和捆绑传递进行了性能对比分析,设计了捆绑传递的消息传递策略和基于“永久序号”的原子信息存储调用策略。另外,阐述了原子近邻表的列表方法,在此基础上提出原子亲属表概念,节省了计算时间并简化了程序结构。最后设计了断点保存和程序重启运行技术,保证程序在非正常中止情况下能够在断点处继续运行。同时编写了可视化程序,对磨削过程中模型的形貌进行了可视化处理。 通过和串行程序结果的对比分析,从瞬间原子位置图和系统能量等方面验证了并行程序结果的正确性。在并行计算机4个结点情况下运行程序,获得了3.5的加速比,并行效率达87.5%,证明本论文中的分子动力学并行程序具有良好的并行效率。通过优化模型的划分和增加结点数,并行计算将原子规模从串行的千级提高到了十万级,将计算时间缩短了十多倍。在同时增加结点数并适当增加仿真规模的情况下,程序运行结果显示并行效率基本保持不变,证明并行程序具有良好的可扩展性。