PowerEdge: wydajność NAMD w modelu R740 z procesorami graficznymi Volta

Istnieje kilka aplikacji HPC, które mogą odnieść korzyści z zastosowania procesorów graficznych NVIDIA, a NAMD jest jedną z takich aplikacji. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) to oprogramowanie typu open source do symulacji dynamiki molekularnej, wykorzystujące model programowania równoległego CHARMM, przeznaczone do wysokowydajnej symulacji dużych systemów biomolekularnych. 
Aby skorzystać z akceleracji GPU, potrzebna jest kompilacja CUDA dla NAMD. Instrukcje kompilacji NAMD z obsługą CUDA można znaleźć tutaj .

W tym artykule omówimy wydajność NAMD najnowszego procesora graficznego Volta V100-32GB firmy NVIDIA w jednym serwerze Dell EMC PowerEdge R740.

PowerEdge R740 to dwuprocesorowy serwer 2 U z procesorami Intel Skylake. Można go skonfigurować do obsługi do 3 procesorów graficznych o podwójnej szerokości i szybkiej karty sieciowej.

W tabeli 1 przedstawiono informacje na temat konfiguracji sprzętu i aplikacji użytych w testach. Na potrzeby tego testu skompilowano nocną wersję kompilacji NAMD z dnia 2018-08-17.

       

Tabela 1 Szczegółowe informacje o konfiguracji sprzętu i oprogramowania

Wyniki wydajności

NAMD został przetestowany z trzema różnymi zestawami danych: ApoA1, F1ATPase i STMV, które składają się odpowiednio z 92 K, 327 K i 1066 tys. atomów. Apoa1 to mniejszy zestaw danych w porównaniu do F1ATPazy i STMV. Wskaźnik wydajności to tutaj "ns/dni". Dane przedstawione w tej sekcji są oparte na średniej z 10 testów.
Rysunek 1 przedstawia wydajność NAMD z procesorami CPU i wieloma GPU na trzech zestawach danych. Postępowano zgodnie z instrukcjami z witryny internetowej Intela, aby skompilować NAMD dla procesorów Intel Xeon. Poprawa wydajności w przypadku CPU i GPU jest zaznaczona na poniższym wykresie.

 
                                                                         Rysunek 1 Wydajność NAMD na procesorach i procesorach graficznych

•     Wydajność jest względna w stosunku do wyników dla dwóch procesorów dla różnych zestawów danych.
•     Wersje GPU NAMD zapewniają do 11,2x większą prędkość w porównaniu z wersją procesora w przypadku wszystkich trzech zestawów danych.
•     Dodatkowy wzrost wydajności o 23–33% został zmierzony po dodaniu drugiej karty GPU. Skromniejsze 6-9% zaobserwowano w testach dwóch procesorów graficznych na trzy procesory graficzne.
   

  NAMD został również przetestowany z różną liczbą rdzeni procesora w 1, 2 i 3 procesorach graficznych, aby zidentyfikować minimalną liczbę rdzeni procesora potrzebną do uzyskania najlepszej wydajności.

   

                                                        Rysunek 2: wydajność STMV przy różnej liczbie rdzeni procesora i procesorów graficznych

•     Jak przedstawiono na rysunku 2, użycie zbyt małej liczby rdzeni procesora ma negatywny wpływ na wydajność. wydajność wzrasta wraz ze wzrostem liczby rdzeni
•     Testowanie jednego V100 z 20+ rdzeniami procesora osiągnęło dobrą wydajność. Istnieje dodatkowe 2-3% przewagi wydajności, gdy używamy więcej niż 20 rdzeni.
•     Ten test został również przeprowadzony na pozostałych dwóch zestawach danych: ApoA1 i F1ATPaza. Podobne zachowanie wydajności zaobserwowano u nich.
   

  
   

  ---

  Summary

  Tutaj przedstawiono wyniki dotyczące wydajności NAMD na serwerach Dell EMC PowerEdge R740 i kartach graficznych NVIDIA Volta V100-32GB. Występuje ~6,6x-11,2x przyspieszenie w porównaniu z testami tylko CPU podczas korzystania z GPU. Serwer R740 z 3 kartami V100 zapewnia najlepszą wydajność, natomiast serwer R740 z 2 kartami V100 mieści się w 91% konfiguracji z trzema procesorami graficznymi. Jeśli istnieją ograniczenia budżetowe, jednym procesorem graficznym na R740 będzie dobry wybór, ponieważ zapewnia on nawet 8-krotne przyspieszenie w porównaniu z CPU. Przeprowadzono również testy z różnymi rdzeniami CPU i GPU i zauważyliśmy, że użycie zbyt małej liczby rdzeni CPU (mniej niż 20 rdzeni w naszych testach) zmniejsza wydajność NAMD w testach GPU.