PowerEdge: výkon NAMD v R740 s grafickými kartami Volta

Existuje několik aplikací HPC, které mohou těžit z používání grafických karet NVIDIA, a NAMD je jednou z takových aplikací. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) je open-source software pro simulaci molekulární dynamiky využívající paralelní programovací model CHARMM, určený pro vysoce výkonnou simulaci velkých biomolekulárních systémů. 
Aby bylo možné využít akceleraci GPU, je potřeba sestavení CUDA pro NAMD. Pokyny ke kompilaci NAMD s podporou CUDA naleznete zde .

V tomto článku budeme diskutovat o výkonu NAMD s nejnovějšími grafickými kartami NVIDIA Volta V100-32GB v jednom serveru Dell EMC PowerEdge R740.

PowerEdge R740 je dvousocketový server s výškou 2U a procesory Intel Skylake. Lze jej nakonfigurovat tak, aby podporoval až 3 grafické karty dvojité šířky a vysokorychlostní síťový adaptér.

Tabulka 1 obsahuje informace o konfiguraci hardwaru a podrobnosti o aplikaci použité pro testy. Pro tento test byla zkompilována noční verze NAMD ze dne 2018-08-17.

       

Tabulka 1: Podrobnosti o konfiguraci hardwaru a softwaru

Výsledky výkonu

NAMD byl testován se třemi různými datovými sadami: ApoA1, F1ATPáza a STMV, které se skládají z atomů 92 K, 327 K a 1066 k. Apoa1 je menší datová sada v porovnání s F1ATPase a STMV. Metrika výkonu je "ns/days". Údaje uvedené v této části jsou založeny na průměru 10 testů.
Obrázek 1 znázorňuje výkon NAMD s procesorem a několika grafickými kartami ve třech datových sadách. Při sestavování NAMD pro procesory Intel Xeon se postupovalo podle pokynů z webových stránek společnosti Intel. V následujícím grafu je uvedeno zlepšení výkonu z CPU na GPU.

 
                                                                         Obrázek 1: Výkon NAMD pro CPU a GPU

•     Výkon je relativní vzhledem k výsledkům se dvěma procesory napříč různými datovými sadami.
•     Verze NAMD pro grafické procesory poskytují až 11,2násobnou rychlost ve srovnání s verzí procesoru pro všechny tři datové sady.
•     Zvýšení výkonu o dalších 23–33 % bylo naměřeno při přidání druhé grafické karty. Skromnějších 6–9 % bylo pozorováno u dvou testů GPU až 3 GPU.
   

  NAMD byl také testován s různým počtem jader CPU napříč 1, 2 a 3 GPU, aby bylo možné určit minimální počet jader CPU potřebných pro nejlepší výkon.

   

                                                        Obrázek 2: Výkon STMV s různými počty jader procesoru a grafických karet

•     Jak je vidět na obrázku 2, použití příliš malého počtu jader procesoru má negativní dopad na výkon a výkon se zvyšuje při zvyšování počtu jader
•     Testováním jedné V100 s 20+ jádry CPU bylo dosaženo dobrého výkonu. Při použití více než 20 jader existuje další výkonnostní výhoda o 2–3 %.
•     Tento test byl proveden také na dalších dvou datových sadách ApoA1 a F1ATPase. Podobné výkonnostní chování bylo pozorováno u nich.
   

  
   

  ---

  Shrnutí

  Byly prezentovány výsledky NAMD výkonu na serveru Dell EMC PowerEdge R740 a grafických kartách NVIDIA Volta V100-32GB. Při použití grafických karet dochází v testech pouze s procesorem k ~6,6x–11,2x zrychlení. Server R740 se 3 kartami V100 poskytuje nejlepší výkon, zatímco server R740 se 2 kartami V100 je v konfiguraci se třemi grafickými kartami v rozmezí 91 %. Pokud existují rozpočtová omezení, jeden GPU na R740 by byl dobrou volbou, protože poskytuje až 8x zrychlení ve srovnání s CPU. Byly také provedeny testy s různými jádry CPU a GPU a zjistili jsme, že použití příliš malého počtu jader CPU (v našich testech méně než 20 jader) snižuje výkon NAMD v testech GPU.