PowerEdge: NAMD-ydeevne på R740 med Volta-GPU'er

Der er flere HPC-programmer , der kan drage fordel af at bruge NVIDIA GPU'er, og NAMD er et sådant program. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) er open source-software til simulering af molekylær dynamik ved hjælp af CHARMM parallel programmeringsmodel, designet til højtydende simulering af store biomolekylære systemer. 
For at drage fordel af GPU-acceleration er det nødvendigt med en CUDA-build til NAMD. Instruktioner til kompilering af NAMD med CUDA-understøttelse kan findes her .

I denne artikel vil vi diskutere NAMD-ydeevnen med NVIDIAs nyeste Volta GPU V100-32 GB i en enkelt Dell EMC PowerEdge R740-server.

PowerEdge R740 er en 2U-server med to sokler og Intel Skylake-processorer. Den kan konfigureres til at understøtte op til 3 GPU'er med dobbelt bredde og en netværksadapter med høj hastighed.

Tabel 1 viser oplysninger om hardwarekonfigurationen og de applikationsdetaljer, der er anvendt til testene. En natlig buildversion af NAMD blev udarbejdet til denne test dateret 2018-08-17.

       

Tabel 1 Oplysninger om hardware- og softwarekonfiguration

Resultater af ydeevne

NAMD blev testet med tre forskellige datasæt: ApoA1, F1ATPase og STMV, som består af henholdsvis 92 K, 327 K og 1066k atomer. Apoa1 er et mindre datasæt sammenlignet med F1ATPase og STMV. Effektivitetsmetric'en her er "ns/days". Dataene vist i dette afsnit er baseret på gennemsnittet af 10 tests.
Figur 1 viser NAMD-ydeevnen med CPU og flere GPU'er på tre datasæt. Instruktioner fra Intels hjemmeside blev fulgt for at kompilere NAMD til Intel Xeon-processorer. Forbedring af ydeevnen fra CPU til GPU'er er angivet i grafen nedenfor.

 
                                                                         Figur 1: NODD-ydeevne på CPU og GPU'er

•     Ydeevnen er relativ i forhold til resultaterne med to CPU'er på tværs af de forskellige datasæt.
•     GPU-versionerne af NAMD giver op til 11,2 gange højere hastighed sammenlignet med CPU-versionen for alle tre datasæt.
•     Der blev målt en yderligere forøgelse af ydeevnen på 23-33 %, da det andet GPU-kort blev tilføjet. En mere beskeden 6-9% blev observeret fra to GPU'er til tre GPU-tests.
   

  NAMD blev også testet med forskellige antal CPU-kerner på tværs af 1, 2 og 3 GPU'er for at identificere det mindste antal CPU-kerner, der er nødvendige for den bedste ydeevne.

   

                                                        Figur 2: STMV-ydeevne med forskellige CPU-kernetal og GPU'er

•     Som det fremgår af figur 2, har brugen af for få CPU-kerner en negativ indvirkning på ydeevnen, og ydeevnen forbedres, efterhånden som vi øger antallet af kerner
•     Test af en V100 med 20+ CPU-kerner opnåede god ydeevne. Der er en yderligere 2-3% ydelsesfordel, når vi bruger mere end 20 kerner.
•     Denne test blev også udført på de to andre datasæt ApoA1 og F1ATPase. Lignende præstationsadfærd blev observeret med dem.
   

  
   

  ---

  Overblik

  NAMD-ydeevneresultater på Dell EMC PowerEdge R740-server og NVIDIA Volta V100-32 GB GPU'er er blevet præsenteret her. Der er ~6.6x-11.2x speedup over CPU-only tests, når du bruger GPU'er. En R740-server med 3 V100-kort giver den bedste ydeevne, mens en R740 med 2 V100-kort ligger inden for 91 % af de tre GPU-konfigurationer. Hvis der er budgetbegrænsninger, vil en GPU pr. R740 være et godt valg, da den giver op til 8x hastighed sammenlignet med CPU. Der blev også udført tests med forskellige CPU-kerner og GPU'er, og vi bemærkede, at brug af for få CPU-kerner (færre end 20 kerner i vores test) reducerer NAMD-ydeevnen på GPU-test.