PowerEdge: prestazioni NAMD su R740 con GPU Volta

Esistono diverse applicazioni HPC che possono trarre vantaggio dall'utilizzo di GPU NVIDIA e NAMD è una di queste applicazioni. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) è un software open-source per la simulazione della dinamica molecolare, che utilizza il modello di programmazione parallela CHARMM, progettato per la simulazione ad alte prestazioni di grandi sistemi biomolecolari. 
Per trarre vantaggio dall'accelerazione GPU, è necessaria una build CUDA per NAMD. Le istruzioni per compilare NAMD con supporto CUDA possono essere trovate qui .

In questo articolo, parleremo delle prestazioni NAMD con l'ultima GPU Volta V100-32GB di NVIDIA in un singolo server Dell EMC PowerEdge R740.

PowerEdge R740 è un server 2U a due socket con processori Intel Skylake. Può essere configurato per supportare fino a 3 GPU double-wide e una scheda di rete ad alta velocità.

La Tabella 1 mostra informazioni sulla configurazione hardware e i dettagli delle applicazioni utilizzati per i test. Per questo test è stata compilata una versione notturna di NAMD datata 2018-08-17.

       

Tabella 1 Dettagli sulla configurazione hardware e software

Risultati delle prestazioni

NAMD è stato testato con tre diversi set di dati: ApoA1, F1ATPasi e STMV che consistono rispettivamente di 92 K, 327 K e 1066k atomi. Apoa1 è un dataset più piccolo rispetto a F1ATPasi e STMV. La metrica delle prestazioni qui è "ns/days". I dati mostrati in questa sezione si basano su una media di 10 test.
La Figura 1 mostra le prestazioni NAMD con CPU e più GPU su tre dataset. Sono state seguite le istruzioni del sito Web Intel per compilare NAMD per i processori Intel Xeon. Il miglioramento delle prestazioni dalla CPU alle GPU è indicato nel grafico seguente.

 
                                                                         Figura 1 Prestazioni NAMD su CPU e GPU

•     Le prestazioni sono relative ai risultati della doppia CPU nei diversi set di dati.
•     Le versioni GPU di NAMD offrono una velocità fino a 11,2 volte superiore rispetto alla versione CPU per tutti e tre i dataset.
•     Un ulteriore aumento delle prestazioni del 23%-33% è stato misurato quando è stata aggiunta la seconda scheda GPU. Un più modesto 6-9% è stato osservato da due GPU a tre test GPU.
   

  NAMD è stato anche testato con un diverso numero di core CPU su 1, 2 e 3 GPU per identificare il numero minimo di core CPU necessari per ottenere le migliori prestazioni.

   

                                                        Figura 2 Prestazioni STMV con diversi numeri di core CPU e GPU

•     Come illustrato nella figura 2, l'utilizzo di un numero insufficiente di core CPU ha un impatto negativo sulle prestazioni e queste ultime migliorano con l'aumento del numero di core
•     Il test di un V100 con 20+ core CPU ha ottenuto buone prestazioni. C'è un ulteriore vantaggio in termini di prestazioni del 2-3% quando usiamo più di 20 core.
•     Questo test è stato eseguito anche sugli altri due dataset ApoA1 e F1ATPase. In questi casi è stato osservato un comportamento simile in termini di prestazioni.
   

  
   

  ---

  Summary

  Qui sono presentati i risultati delle prestazioni NAMD sul server Dell EMC PowerEdge R740 e sulle GPU NVIDIA Volta V100-32GB. C'è un aumento di velocità da ~6,6 a 11,2 volte rispetto ai test solo CPU quando si utilizzano le GPU. Un server R740 con 3 schede V100 offre le prestazioni migliori, mentre un server R740 con 2 schede V100 rientra nel 91% della configurazione a tre GPU. Se ci sono limitazioni di budget, una GPU per R740 sarebbe una buona scelta in quanto offre una velocità fino a 8 volte superiore rispetto alla CPU. Sono stati condotti anche test con vari core CPU e GPU e abbiamo notato che l'utilizzo di troppo pochi core CPU (meno di 20 core nei nostri test) riduce le prestazioni NAMD nei test GPU.