PowerEdge: rendimiento de NAMD en R740 con GPU Volta

Hay varias aplicaciones de HPC que pueden beneficiarse del uso de GPU NVIDIA y NAMD es una de ellas. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) es un software de código abierto para la simulación de dinámica molecular, utilizando el modelo de programación paralela CHARMM, diseñado para la simulación de alto rendimiento de grandes sistemas biomoleculares. 
Para beneficiarse de la aceleración de GPU, se necesita una compilación CUDA para NAMD. Las instrucciones para compilar NAMD con soporte CUDA se pueden encontrar aquí .

En este artículo, analizaremos el rendimiento de NAMD con la GPU Volta V100-32GB más reciente de NVIDIA en un solo servidor Dell EMC PowerEdge R740.

PowerEdge R740 es un servidor de dos conectores de 2U con procesadores Intel Skylake. Se puede configurar para admitir hasta 3 GPU de doble ancho y un adaptador de red de alta velocidad.

En la tabla 1, se muestra información sobre la configuración de hardware y los detalles de las aplicaciones utilizados para las pruebas. Para esta prueba, se compiló una versión de compilación nocturna de NAMD con fecha 2018-08-17.

       

Tabla 1 Detalles de configuración de hardware y software

Resultados de rendimiento

NAMD se probó con tres conjuntos de datos diferentes: ApoA1, F1ATPasa y STMV, que constan de 92 K, 327 K y 1066k átomos respectivamente. Apoa1 es un conjunto de datos más pequeño en comparación con F1ATPase y STMV. La métrica de rendimiento aquí es "ns/días". Los datos que se muestran en esta sección se basan en el promedio de 10 pruebas.
En la figura 1, se muestra el rendimiento de NAMD con CPU y varias GPU en tres conjuntos de datos. Se siguieron las instrucciones del sitio web de Intel para compilar NAMD para los procesadores Intel Xeon. La mejora del rendimiento de CPU a GPU se observa en el siguiente gráfico.

 
                                                                         Figura 1 Rendimiento de NAMD en CPU y GPU

•     El rendimiento es relativo a los resultados de CPU doble en los diferentes conjuntos de datos.
•     Las versiones de GPU de NAMD proporcionan hasta 11,2 veces más velocidad en comparación con la versión de CPU para los tres conjuntos de datos.
•     Se midió un aumento de rendimiento adicional del 23 % al 33 % cuando se agregó la segunda tarjeta GPU. Se observó un 6-9% más modesto de dos GPU a tres pruebas de GPU.
   

  NAMD también se probó con diferentes números de núcleos de CPU en 1, 2 y 3 GPU para identificar el número mínimo de núcleos de CPU necesarios para obtener el mejor rendimiento.

   

                                                        Figura 2 Rendimiento de STMV con diferentes conteos de núcleos de CPU y GPU

•     Como se muestra en la Figura 2, el uso de muy pocos núcleos de CPU tiene un impacto negativo en el rendimiento, y el rendimiento mejora a medida que aumentamos la cantidad de núcleos
•     La prueba de un V100 con 20+ núcleos de CPU logró un buen rendimiento. Hay una ventaja de rendimiento adicional del 2 % al 3 % cuando usamos más de 20 núcleos.
•     Esta prueba también se realizó en los otros dos conjuntos de datos ApoA1 y F1ATPase. Se observó un comportamiento de rendimiento similar con ellos.
   

  
   

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  Resumen

  Aquí se presentan los resultados de rendimiento de NAMD en el servidor Dell EMC PowerEdge R740 y las GPU NVIDIA Volta V100-32 GB. Hay una aceleración de ~6,6x-11,2x en las pruebas de solo CPU cuando se utilizan GPU. Un servidor R740 con 3 tarjetas V100 proporciona el mejor rendimiento, mientras que un servidor R740 con 2 tarjetas V100 se encuentra dentro del 91 % de la configuración de tres GPU. Si hay limitaciones presupuestarias, una GPU por R740 sería una buena opción, ya que ofrece hasta 8 veces más velocidad en comparación con la CPU. También se realizaron pruebas con diversos núcleos de CPU y GPU, y notamos que el uso de muy pocos núcleos de CPU (menos de 20 núcleos en nuestras pruebas) reduce el rendimiento de NAMD en las pruebas de GPU.