PowerEdge: desempenho NAMD no R740 com GPUs Volta

Há vários aplicativos de HPC que podem se beneficiar do uso de GPUs NVIDIA, e o NAMD é um desses aplicativos. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) é um software de código aberto para simulação de dinâmica molecular, utilizando o modelo de programação paralela CHARMM, projetado para simulação de alto desempenho de grandes sistemas biomoleculares. 
Para se beneficiar da aceleração da GPU, é necessária uma compilação CUDA para NADD. As instruções para compilar o NAMD com suporte CUDA podem ser encontradas aqui .

Neste artigo, vamos discutir o desempenho do NAMD com a GPU Volta V100-32 GB mais recente da NVIDIA em um único servidor Dell EMC PowerEdge R740.

O PowerEdge R740 é um servidor 2U de dois soquetes com processadores Intel Skylake. Ele pode ser configurado para suportar até 3 GPUs de largura dupla e um adaptador de rede de alta velocidade.

A Tabela 1 mostra informações sobre a configuração de hardware e os detalhes do aplicativo usados para os testes. Uma versão de compilação noturna do NAMD foi compilada para este teste datada de 17/08/2018.

       

Tabela 1 Detalhes da configuração de hardware e software

Resultados de desempenho

A NAMD foi testada com três conjuntos de dados diferentes: ApoA1, F1ATPase e STMV, que consistem em átomos de 92 K, 327 K e 1066k, respectivamente. Apoa1 é um conjunto de dados menor em comparação com F1ATPase e STMV. Aqui, a medição de desempenho é "ns/dias". Os dados mostrados nesta seção são baseados na média de 10 testes.
A Figura 1 mostra o desempenho do NAMD com CPU e várias GPUs em três conjuntos de dados. As instruções do site da Intel foram seguidas para compilar o NAMD para processadores Intel Xeon. A melhoria de desempenho da CPU para as GPUs é observada no gráfico abaixo.

 
                                                                         Figura 1 Desempenho do NAMD em CPU e GPUs

•     O desempenho é relativo aos resultados de CPU dupla nos diferentes conjuntos de dados.
•     As versões de GPU do NAMD oferecem velocidade até 11,2x maior em comparação com a versão da CPU para todos os três conjuntos de dados.
•     Um aumento de desempenho adicional de 23% a 33% foi medido quando a segunda placa GPU foi adicionada. Um 6-9% mais modesto foi observado de duas GPUs para três testes de GPU.
   

  O NAMD também foi testado com diferentes números de núcleos de CPU em 1, 2 e 3 GPUs para identificar o número mínimo de núcleos de CPU necessários para obter o melhor desempenho.

   

                                                        Figura 2 Desempenho do STMV com diferentes contagens de núcleos de CPU e GPUs

•     Como visto na Figura 2, o uso de poucos núcleos de CPU causa um impacto negativo sobre o desempenho e melhora à medida que aumentamos o número de núcleos
•     O teste de um V100 com 20+ núcleos de CPU obteve um bom desempenho. Há uma vantagem adicional de desempenho de 2% a 3% quando usamos mais de 20 núcleos.
•     Esse teste também foi realizado nos outros dois conjuntos de dados, ApoA1 e F1ATPase. Comportamento de desempenho semelhante foi observado com eles.
   

  
   

  ---

  Resumo

  Os resultados de desempenho do NAMD no servidor Dell EMC PowerEdge R740 e nas GPUs NVIDIA Volta V100-32 GB foram apresentados aqui. Há um aumento de velocidade de ~6,6 a 11,2 vezes em relação aos testes somente de CPU ao usar GPUs. Um servidor R740 com 3 placas V100 oferece o melhor desempenho, enquanto um R740 com 2 placas V100 está dentro de 91% da configuração de três GPU. Se houver limitações de orçamento, uma GPU por R740 seria uma boa escolha, pois oferece até 8x mais velocidade em comparação com a CPU. Testes com núcleos de CPU e GPUs variados também foram realizados, e notamos que o uso de poucos núcleos de CPU (menos de 20 núcleos em nossos testes) reduz o desempenho do NAMD em testes de GPU.