PowerEdge : performances NAMD sur R740 avec processeurs graphiques Volta

Plusieurs applications HPC peuvent tirer parti des processeurs graphiques NVIDIA, dont NAMD. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) est un logiciel open source pour la simulation de dynamique moléculaire, utilisant le modèle de programmation parallèle CHARMM, conçu pour la simulation haute performance de grands systèmes biomoléculaires. 
Pour bénéficier de l’accélération du processeur graphique, une build CUDA pour NAMD est nécessaire. Les instructions pour compiler NAMD avec prise en charge CUDA sont disponibles ici .

Dans cet article, nous allons aborder les performances NAMD avec le dernier processeur graphique Volta V100-32 Go de NVIDIA dans un seul serveur Dell EMC PowerEdge R740.

Le serveur PowerEdge R740 est un serveur 2U à deux sockets équipé de processeurs Intel Skylake. Il peut être configuré pour prendre en charge jusqu’à 3 processeurs graphiques double largeur et un adaptateur réseau haut débit.

Le Tableau 1 présente des informations sur la configuration matérielle et les détails de l’application utilisés pour les tests. Une version nocturne de NAMD a été compilée pour ce test, datée du 17/08/2018.

       

Tableau 1 : Détails de configuration matérielle et logicielle

Résultats des performances

La NAMD a été testée avec trois ensembles de données différents : ApoA1, F1ATPase et STMV qui se composent respectivement de 92 K, 327 K et 1066 000 atomes. Apoa1 est un jeu de données plus petit que F1ATPase et STMV. La métrique de performances ici est « ns/days ». Les données présentées dans cette section sont basées sur la moyenne de 10 tests.
La Figure 1 illustre les performances NAMD avec un processeur et plusieurs processeurs graphiques sur trois jeux de données. Les instructions du site Web d’Intel ont été suivies pour compiler NAMD pour les processeurs Intel Xeon. L’amélioration des performances entre les processeurs et les processeurs graphiques est notée dans le graphique ci-dessous.

 
                                                                         Figure 1 Performances NAMD sur le processeur et les processeurs graphiques

•     Les performances sont relatives aux résultats obtenus avec deux processeurs sur les différents jeux de données.
•     Les versions GPU de NAMD offrent jusqu’à 11,2 fois plus de vitesse par rapport à la version CPU pour les trois jeux de données.
•     Une augmentation supplémentaire des performances de 23 à 33 % a été mesurée lors de l’ajout de la deuxième carte de processeur graphique. Un taux plus modeste de 6 à 9 % a été observé entre deux et trois tests de processeur graphique.
   

  NAMD a également été testé avec différents nombres de cœurs de processeur sur 1, 2 et 3 processeurs graphiques afin d’identifier le nombre minimum de cœurs de processeur nécessaires pour des performances optimales.

   

                                                        Figure 2 Performances STMV avec différents nombres de cœurs de CPU et processeurs graphiques

•     Comme le montre la Figure 2, l’utilisation d’un nombre insuffisant de cœurs de processeur a un impact négatif sur les performances, et celles-ci s’améliorent à mesure que le nombre de cœurs augmente.
•     Le test d’un V100 avec 20+ cœurs de processeur a permis d’obtenir de bonnes performances. L’utilisation de plus de 20 cœurs offre un avantage supplémentaire de 2 à 3 % en termes de performances.
•     Ce test a également été effectué sur les deux autres jeux de données, ApoA1 et F1ATPase. Un comportement de performance similaire a été observé avec eux.
   

  
   

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  Résumé

  Les résultats des performances NAMD sur le serveur Dell EMC PowerEdge R740 et les processeurs graphiques NVIDIA Volta V100-32 Go ont été présentés ici. L’accélération est ~6,6 à 11,2 fois plus rapide par rapport aux tests sur processeur uniquement lors de l’utilisation de processeurs graphiques. Un serveur R740 avec 3 cartes V100 offre les meilleures performances, tandis qu’un serveur R740 avec 2 cartes V100 se trouve à 91 % de la configuration à trois processeurs graphiques. En cas de restrictions budgétaires, un processeur graphique par R740 serait un bon choix, car il offre jusqu’à 8 fois plus d’accélération par rapport au processeur. Des tests avec différents cœurs de CPU et processeurs graphiques ont également été menés. Nous avons remarqué que l’utilisation d’un nombre trop faible de cœurs de CPU (moins de 20 cœurs dans nos tests) réduit les performances NAMD lors des tests de processeur graphique.