PowerEdge: NAMD-suorituskyky R740:ssä ja Volta-grafiikkasuorittimilla

NVIDIA-grafiikkasuorittimien käytöstä voi hyötyä useista HPC-sovelluksista , ja NAMD on yksi tällainen sovellus. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) on avoimen lähdekoodin ohjelmisto molekyylidynamiikan simulointiin käyttäen CHARMM-rinnakkaisohjelmointimallia, joka on suunniteltu suurten biomolekyylijärjestelmien tehokkaaseen simulointiin. 
GPU-kiihdytyksen hyödyntämiseksi tarvitaan CUDA-koontiversio NAMD:lle. Ohjeet NAMD: n kääntämiseen CUDA-tuella löytyvät tätä .

Tässä artikkelissa keskustelemme NAMD-suorituskyvystä NVIDIA: n uusimmalla Volta GPU V100-32GB -palvelimella yhdessä Dell EMC PowerEdge R740 -palvelimessa.

PowerEdge R740 on kaksikantainen 2U-palvelin, jossa on Intel Skylake -suorittimet. Se voidaan määrittää tukemaan jopa kolmea kaksoisleveää GPU: ta ja nopeaa verkkosovitinta.

Taulukossa 1 on tietoja testeissä käytetystä laitteistokokoonpanosta ja sovelluksista. Tätä testiä varten koottiin NAMD: n yökohtainen versio, joka on päivätty 2018-08-17.

       

Taulukko 1 Laitteisto- ja ohjelmistokokoonpanon tiedot

Suorituskykytulokset

NAMD testattiin kolmella eri aineistolla: ApoA1, F1ATPaasi ja STMV, jotka koostuvat vastaavasti 92 K, 327 K ja 1066k atomeista. Apoa1 on pienempi aineisto verrattuna F1ATPaasiin ja STMV:hen. Suorituskykymittari on ns/days. Tässä osassa esitetyt tiedot perustuvat 10 testin keskiarvoon.
Kuvassa 1 esitetään NAMD:n suorituskyky suorittimella ja useilla grafiikkasuorittimilla kolmessa tietojoukossa. Intelin verkkosivuston ohjeita noudatettiin NAMD: n kääntämiseksi Intel Xeon -prosessoreille. Suorituskyvyn paranemisesta suorittimesta grafiikkasuorittimeen on kerrottu alla olevassa kaaviossa.

 
                                                                         Kuva 1 NAMD-suorituskyky suorittimessa ja grafiikkasuorittimissa

•     Suorituskyky on suhteessa kahden suorittimen tuloksiin eri tietojoukoissa.
•     NAMD:n grafiikkasuoritinversiot tarjoavat jopa 11,2-kertaisen nopeuden suorittimen versioon verrattuna kaikille kolmelle tietojoukolle.
•     Suorituskyky parani vielä 23–33 %, kun toinen näytönohjainkortti lisättiin. Vaatimattomampi 6-9% havaittiin kahdesta GPU: sta kolmeen GPU-testiin.
   

  NAMD:tä testattiin myös eri määrällä suoritinytimiä 1, 2 ja 3 grafiikkasuorittimessa, jotta voitiin määrittää parhaan suorituskyvyn edellyttämä suoritinytimien vähimmäismäärä.

   

                                                        Kuva 2: STMV-suorituskyky suorittimen ydinmäärien ja grafiikkasuorittimien määrän mukaan

•     Kuten kuvasta 2 nähdään, liian vähäinen suoritinytimien käyttö heikentää suorituskykyä, ja suorituskyky paranee, kun ytimien määrää lisätään
•     Testaamalla yhtä V100:aa 20+ suoritinytimellä saavutettiin hyvä suorituskyky. Suorituskykyetu on lisäksi 2-3%, kun käytämme yli 20 ydintä.
•     Tämä testi suoritettiin myös kahdelle muulle aineistolle ApoA1 ja F1ATPase. Samanlainen suorituskykykäyttäytyminen havaittiin heidän kanssaan.
   

  
   

  ---

  Yhteenveto

  Tässä on esitetty NAMD-suorituskykytulokset Dell EMC PowerEdge R740 -palvelimella ja NVIDIA Volta V100-32 Gt -grafiikkasuorittimilla. On ~ 6.6x-11.2x nopeutta verrattuna vain suorittimen testeihin GPU: ita käytettäessä. R740-palvelin, jossa on kolme V100-korttia, tarjoaa parhaan suorituskyvyn, kun taas 2 V100-korttia sisältävä R740 on 91 prosentin sisällä kolmesta grafiikkasuoritinkokoonpanosta. Jos budjettirajoituksia on, yksi GPU R740: tä kohden olisi hyvä valinta, koska se antaa jopa 8x nopeuden suorittimeen verrattuna. Testejä suoritettiin myös erilaisilla CPU-ytimillä ja GPU: illa, ja huomasimme, että liian harvojen CPU-ytimien käyttö (alle 20 ydintä testeissämme) heikentää NAMD: n suorituskykyä GPU-testeissä.