PowerEdge: Volta GPU'lara sahip R740'ta NAMD Performansı

NVIDIA GPU'ları kullanmanın fayda sağlayabileceği birkaç HPC uygulaması vardır ve NAMD bu uygulamalardan biridir. Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD), büyük biyomoleküler sistemlerin yüksek performanslı simülasyonu için tasarlanmış, CHARMM paralel programlama modelini kullanan, moleküler dinamik simülasyonu için açık kaynaklı bir yazılımdır. 
GPU hızlandırmasından yararlanmak için, NAMD için bir CUDA derlemesi gereklidir. NAMD'yi CUDA desteği ile derleme talimatları burada bulunabilir .

Bu makalede, tek bir Dell EMC PowerEdge R740 sunucusunda NVIDIA'nın en yeni Volta GPU V100-32GB ile NAMD performansını tartışacağız.

PowerEdge R740, Intel Skylake işlemcilere sahip 2U çift soketli bir sunucudur. 3 adede kadar çift genişlikli GPU'yu ve yüksek hızlı bir ağ adaptörünü destekleyecek şekilde yapılandırılabilir.

Tablo 1'de, testler için kullanılan donanım yapılandırması ve uygulama ayrıntıları hakkında bilgiler gösterilmektedir. 2018-08-17 tarihli bu test için NAMD'nin gecelik derleme sürümü derlendi.

       

Tablo 1: Donanım ve Yazılım Yapılandırma Ayrıntıları

Performans Sonuçları

NAMD, sırasıyla 92 K, 327 K ve 1066k atomdan oluşan ApoA1, F1ATPase ve STMV olmak üzere üç farklı veri seti ile test edildi. Apoa1, F1ATPase ve STMV'ye kıyasla daha küçük bir veri kümesidir. Buradaki performans ölçütü "ns/gün"dür. Bu bölümde gösterilen veriler 10 testin ortalamasına dayanmaktadır.
Şekil 1 de, üç veri kümesinde CPU ve birden çok GPU ile NAMD performansı gösterilmektedir. Intel Xeon işlemciler için NAMD'yi derlemek için Intel'in web sitesindeki talimatlar izlendi. CPU'dan GPU'lara performans iyileştirmesi aşağıdaki grafikte belirtilmiştir.

 
                                                                         Şekil 1 CPU ve GPU'larda NAMD performansı

•     Performans, farklı veri kümelerindeki Çift CPU sonuçlarına göredir.
•     NAMD'nin GPU sürümleri, üç veri kümesi için de CPU sürümüne kıyasla 11,2 kata kadar hız artışı sağlar.
•     İkinci GPU kartı eklendiğinde %23-%33 oranında ek bir performans artışı ölçülmüştür. İki GPU'dan üç GPU testine kadar daha mütevazı bir %6-9 gözlendi.
   

  NAMD ayrıca en iyi performans için gereken minimum CPU çekirdeği sayısını belirlemek için 1, 2 ve 3 GPU'da farklı sayıda CPU çekirdeği ile test edildi.

   

                                                        Şekil 2: Farklı CPU çekirdek sayıları ve GPU'lar ile STMV performansı

•     Şekil 2'de görüldüğü gibi, çok az CPU çekirdeği kullanmak performans üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir ve çekirdek sayısı arttıkça performans artar
•     Bir V100'ü 20+ CPU çekirdeğiyle test etmek iyi performans elde etti. 20'den fazla çekirdek kullandığımızda %2-3'lük ek bir performans avantajı var.
•     Bu test aynı zamanda diğer iki veri kümesi olan ApoA1 ve F1ATPase üzerinde de gerçekleştirildi. Onlarda da benzer performans davranışı gözlenmiştir.
   

  
   

  ---

  Özet

  Dell EMC PowerEdge R740 sunucu ve NVIDIA Volta V100-32GB GPU'lardaki NAMD performans sonuçları burada sunulmuştur. GPU'ları kullanırken, yalnızca CPU testlerine göre ~6,6x-11,2x hızlanma vardır. 3 V100 kartlı bir R740 sunucusu en iyi performansı sağlarken, 2 V100 kartlı bir R740 üç GPU yapılandırmasının %91 i dahilindedir. Bütçe sınırlamaları varsa, CPU'ya kıyasla 8 kata kadar hızlanma sağladığı için R740 başına bir GPU iyi bir seçim olacaktır. Çeşitli CPU çekirdekleri ve GPU'larla testler de yapıldı ve çok az CPU çekirdeği kullanmanın (testlerimizde 20'den az çekirdek) GPU testlerinde NAMD performansını düşürdüğünü fark ettik.