PowerEdge: NAMD-prestanda på R740 med Volta-grafikprocessorer

Det finns flera HPC-program som kan dra nytta av att använda NVIDIA-GPU:er och NAMD är ett sådant program. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) är en programvara med öppen källkod för simulering av molekyldynamik, med hjälp av CHARMM:s parallella programmeringsmodell, utformad för högpresterande simulering av stora biomolekylära system. 
För att dra nytta av GPU-acceleration krävs en CUDA-version för NAMD. Instruktioner för att kompilera NAMD med CUDA-stöd finns här .

I den här artikeln kommer vi att diskutera NAMD-prestanda med NVIDIAs senaste Volta GPU V100-32GB i en enda Dell EMC PowerEdge R740-server.

PowerEdge R740 är en 2U-server med två socklar och Intel Skylake-processorer. Den kan konfigureras för att stödja upp till 3 dubbelbreda GPU:er och en nätverksadapter med hög hastighet.

Tabell 1 visar information om hårdvarukonfigurationen och programdetaljer som används för testerna. En nattlig version av NAMD kompilerades för detta test daterad 2018-08-17.

       

Tabell 1 Information om maskinvaru- och programvarukonfiguration

Prestandaresultat

NAMD testades med tre olika datamängder: ApoA1, F1ATPase och STMV som består av atomer på 92 K, 327 K respektive 1066k. Apoa1 är en mindre datauppsättning jämfört med F1ATPase och STMV. Prestandamätvärdet här är "ns/days". De data som visas i det här avsnittet baseras på genomsnittet av 10 tester.
Bild 1 visar NAMD-prestanda med CPU och flera GPU:er på tre datauppsättningar. Instruktioner från Intels webbplats följdes för att kompilera NAMD för Intel Xeon-processorer. Prestandaförbättringar från CPU till GPU:er anges i diagrammet nedan.

 
                                                                         Bild 1 NAMD-prestanda på CPU och GPU:er

•     Prestanda är relativ till resultaten med dubbla processorer i de olika datauppsättningarna.
•     GPU-versionerna av NAMD ger upp till 11,2 gånger högre hastighet jämfört med CPU-versionen för alla tre datauppsättningarna.
•     Ytterligare prestandaökning på 23–33 % uppmättes när det andra GPU-kortet lades till. En mer blygsam 6-9% observerades från två GPU:er till tre GPU-tester.
   

  NAMD testades även med olika antal CPU-kärnor över 1, 2 och 3 GPU:er för att identifiera det minsta antal CPU-kärnor som behövs för bästa prestanda.

   

                                                        Bild 2 STMV-prestanda med olika antal processorkärnor och GPU:er

•     Som visas i bild 2 har för få processorkärnor en negativ inverkan på prestandan, och prestandan förbättras när vi ökar antalet kärnor
•     Testning av en V100 med 20+ CPU-kärnor uppnådde bra prestanda. Det finns ytterligare 2–3 % prestandafördel när vi använder mer än 20 kärnor.
•     Detta test utfördes också på de andra två datauppsättningarna ApoA1 och F1ATPase. Liknande prestationsbeteende observerades med dem.
   

  
   

  ---

  Sammanfattning

  NAMD-prestandaresultat på Dell EMC PowerEdge R740-servern och NVIDIA Volta V100-32GB-grafikprocessorer har presenterats här. Det finns ~6,6x-11,2x hastighet över endast CPU-tester när du använder GPU:er. En R740-server med tre V100-kort ger bäst prestanda medan en R740 med två V100-kort ligger inom 91 % av konfigurationen med tre GPU:er. Om det finns budgetbegränsningar skulle en GPU per R740 vara ett bra val eftersom det ger upp till 8 gånger snabbare jämfört med CPU. Tester med olika CPU-kärnor och GPU:er utfördes också, och vi märkte att användning av för få CPU-kärnor (färre än 20 kärnor i våra tester) minskar NAMD-prestanda på GPU-tester.