PowerEdge: NAMD-prestaties op R740 met Volta GPU's

Er zijn verschillende HPC-applicaties die baat kunnen hebben bij het gebruik van NVIDIA GPU's en NAMD is zo'n applicatie. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) is open-source software voor simulatie van moleculaire dynamica, met behulp van het parallelle programmeermodel CHARMM, ontworpen voor krachtige simulatie van grote biomoleculaire systemen. 
Om te profiteren van GPU-versnelling is een CUDA-build voor NAMD nodig. Instructies voor het compileren van NAMD met CUDA-ondersteuning zijn hier te vinden.

In dit artikel bespreken we de NAMD-prestaties met NVIDIA's nieuwste Volta GPU V100-32GB in één Dell EMC PowerEdge R740 server.

De PowerEdge R740 is een 2U dual-socket server met Intel Skylake processors. Het kan worden geconfigureerd om maximaal 3 dubbelbrede GPU's en een snelle netwerkadapter te ondersteunen.

Tabel 1 bevat informatie over de hardwareconfiguratie en applicatiedetails die voor de tests zijn gebruikt. Een nightly build versie van NAMD werd gecompileerd voor deze test gedateerd 2018-08-17.

       

Tabel 1 hardware- en softwareconfiguratiedetails

Prestatieresultaten

NAMD werd getest met drie verschillende datasets: ApoA1, F1ATPase en STMV, die bestaan uit respectievelijk 92 K-, 327 K- en 1066k-atomen. Apoa1 is een kleinere dataset in vergelijking met F1ATPase en STMV. De prestatiestatistiek hier is ns/days. De gegevens in deze sectie zijn gebaseerd op het gemiddelde van 10 tests.
Afbeelding 1 toont de NAMD-prestaties met CPU en meerdere GPU's op drie datasets. Instructies van de website van Intel werden gevolgd om NAMD voor Intel Xeon-processors te compileren. Prestatieverbetering van CPU naar GPU's wordt weergegeven in de onderstaande grafiek.

 
                                                                         Afbeelding 1 NAMD-prestaties op CPU en GPU's

•     De prestaties zijn gerelateerd aan de resultaten van de dubbele CPU in de verschillende datasets.
•     De GPU-versies van NAMD bieden tot 11,2x snellere snelheid in vergelijking met de CPU-versie voor alle drie de datasets.
•     Een extra prestatieverbetering van 23%-33% werd gemeten toen de tweede GPU-kaart werd toegevoegd. Een bescheidener 6-9% werd waargenomen van twee GPU's naar drie GPU-tests.
   

  NAMD is ook getest met verschillende aantallen CPU-cores in 1, 2 en 3 GPU's om het minimale aantal CPU-cores te identificeren dat nodig is voor de beste prestaties.

   

                                                        Afbeelding 2: STMV-prestaties met verschillende aantallen CPU-cores en GPU's

•     Zoals te zien is in afbeelding 2, heeft het gebruik van te weinig CPU-cores een negatieve invloed op de prestaties, en de prestaties verbeteren naarmate we het aantal cores verhogen
•     Het testen van één V100 met 20+ CPU-cores leverde goede prestaties op. Er is een extra prestatievoordeel van 2-3% wanneer we meer dan 20 cores gebruiken.
•     Deze test werd ook uitgevoerd op de andere twee datasets ApoA1 en F1ATPase. Vergelijkbaar prestatiegedrag werd bij hen waargenomen.
   

  
   

  ---

  Samenvatting

  NAMD-prestatieresultaten op Dell EMC PowerEdge R740 server en NVIDIA Volta V100-32GB GPU's zijn hier gepresenteerd. Er is een versnelling van ~6,6x-11,2x ten opzichte van tests met alleen CPU bij gebruik van GPU's. Een R740-server met 3 V100-kaarten biedt de beste prestaties, terwijl een R740 met 2 V100-kaarten binnen 91% van de drie GPU-configuraties valt. Als er budgetbeperkingen zijn, zou één GPU per R740 een goede keuze zijn, omdat deze tot 8x snellere snelheid biedt in vergelijking met CPU. Er zijn ook tests uitgevoerd met verschillende CPU-cores en GPU's, en we hebben gemerkt dat het gebruik van te weinig CPU-cores (minder dan 20 cores in onze tests) de NAMD-prestaties bij GPU-tests vermindert.