分子动力学(Molecular Dynamics)是在原子级模拟固态、液态物质的主要计算方法,用于研究物质微观结构、热力学性质及平衡输运性质等,广泛应用于物理科学、材料科学、生命科学等领域。在计算过程中,粒子个数只有在无限多时,才能真实地再现物质的宏观行为,使得分子动力学计算相当耗费机时,一般以周为单位。在分子动力学模拟中,非键作用的计算是整个模拟过程中计算密集度最高,计算量需求最大的一块。因而,对分子动力学中非键作用的计算方法的研究对实现复杂系统的模拟具有重要意义。2007年新推出的CUDA技术是一个全新的软硬件架构,有助于解决科学及工程方面的复杂计算问题。本文针对分子动力学非键作用的计算及其加速方案,探讨了在CUDA平台下分子动力学模拟的设计与实现,具体工作包括以下几个方面：首先,分析了当前分子动力学模拟的主要特点与方法,探讨了引入CUDA技术提高处理效率的可行性与优越性。其次,分析并探讨了当前分子动力学模拟的加速方案。探讨了在不同并行平台下的加速方案,基于集群的和基于CUDA平台的不同策略。研究了三种著名的并行算法,原子分解、作用力分解、空间分解及其结合。然后,设计并实现了一种基于CUDA的短程作用和静电作用的非键作用计算方法。将非键作用的计算任务分配到GPU中进行处理,充分利用GPU的并行计算优势,提高了计算的性能。最后,探讨了CPU-GPU异构多核平台的特点与多GPU调度方法,将多GPU设备用于分子动力学模拟计算中,进一步优化了模拟的效率和精度。本文将CUDA平台有效地应用于分子动力学模拟领域,提高了分子动力学模拟的处理效率,尤其是将非键作用的计算分配到GPU上,大大地提高了效率。CUDA平台的使用,为生物分子模拟的研究提供了新的思路,具有一定的参考价值。