PowerEdge：R740 （含 Volta GPU） 的 NAMD 效能

使用 NVIDIA GPU 可受益於數種 HPC 應用程式 ，NAMD 就是這樣一種應用程式。納米級分子動力學（NAMD）是用於分子動力學仿真的開源軟體，使用CHARMM並行程式設計模型，專為大型生物分子系統的高性能模擬而設計。
若要從 GPU 加速中獲益，需要為 NAMD 建置 CUDA。在 CUDA 支援下編譯 NAMD 的說明可以 在這裡 找到。

在本文中，我們將討論在單一 Dell EMC PowerEdge R740 伺服器中使用 NVIDIA 最新的 Volta GPU V100-32GB 的 NAMD 效能。

PowerEdge R740 是配備 Intel Skylake 處理器的 2U 雙插槽伺服器。它可以配置為支援最多 3 個雙寬 GPU 和一個高速網路適配器。

表 1 顯示用於測試的硬體組態和應用程式詳細資料相關資訊。NAMD 的夜間內部版本已針對此測試編譯，日期為 2018-08-17。

       

表 1 硬體與軟體組態詳細資料

效能結果

NAMD使用三個不同的數據集進行了測試：ApoA1，F1ATPase和STMV，分別由92 K，327 K和1066k原子組成。與F1ATPase和STMV相比，Apoa1是一個較小的數據集。此處的性能指標為“ns/days”。本節中顯示的數據基於 10 個測試的平均值。
圖 1 顯示了三個數據集上 CPU 和多個 GPU 的 NAMD 性能。遵循 英特爾網站上 的說明為英特爾至強處理器編譯 NAMD。下圖指出從 CPU 到 GPU 的效能改善。

 
                                                                         圖 1：CPU 和 GPU 上的 NAMD 效能

•     效能與不同資料集的雙 CPU 結果相關。
•     與所有三個數據集的 CPU 版本相比，NAMD 的 GPU 版本提供高達 11.2 倍的速度。
•     新增第二張 GPU 卡時，效能測量到額外增加 23%-33%。在兩個 GPU 到三個 GPU 測試中，觀察到較為溫和的 6-9%。
   

  此外，NAMD 於 1、2 和 3 GPU 上使用不同數量的 CPU 核心進行測試，以確定達到最佳效能所需的最少 CPU 核心數。

   

                                                        圖 2 不同 CPU 核心數和 GPU 下的 STMV 效能

•     如圖 2 所示，使用太少的 CPU 核心會對效能產生負面影響，而且隨著核心數的增加，效能也會提高
•     測試一個具有 20+ CPU 內核的 V100 獲得了良好的性能。當我們使用 20 個以上的核心時，還有額外 2-3% 的效能優勢。
•     該測試也在另外兩個數據集ApoA1和F1ATPase上進行。在它們身上也觀察到類似的效能行為。
   

  
   

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  摘要

  Dell EMC PowerEdge R740 伺服器和 NVIDIA Volta V100-32GB GPU 的 NAMD 效能結果已在此顯示。使用 GPU 時，比僅 CPU 測試有 ~6.6 倍至 11.2 倍的加速。配備 3 張 V100 卡的 R740 伺服器可提供最佳效能，而配備 2 張 V100 卡的 R740 則位於三個 GPU 組態的 91% 以內。如果有預算限制，每個 R740 一個 GPU 將是一個不錯的選擇，因為與 CPU 相比，它提供了高達 8 倍的速度。還對不同的 CPU 內核和 GPU 進行了測試，我們注意到使用太少的 CPU 內核（在我們的測試中少於 20 個內核）會降低 GPU 測試的 NAMD 性能。