Onderzoekers van het HSE International Laboratory for Supercomputer Atomistic Modeling and Multi-scale Analysis, JIHT RAS en MIPT hebben de prestaties vergeleken van populaire moleculaire modelleringsprogramma's op GPU-versnellers geproduceerd door AMD en Nvidia. In een artikel gepubliceerd door de International Journal of High Performance Computing-toepassingenhebben de wetenschappers LAMMPS voor het eerst geporteerd naar de nieuwe open-source GPU-technologie, AMD HIP.
De wetenschappers hebben de prestaties van drie moleculaire modelleringsprogramma's - LAMMPS, Gromacs en OpenMM - grondig geanalyseerd op GPU-versnellers Nvidia en AMD met vergelijkbare piekparameters. Voor de tests gebruikten ze het model van ApoA1 (Apolipoproteïne A1) - apolipoproteïne in bloedplasma, het belangrijkste dragerproteïne van 'goede cholesterol'. Ze ontdekten dat de prestaties van onderzoeksberekeningen niet alleen worden beïnvloed door hardwareparameters, maar ook door de softwareomgeving. Het bleek dat ineffectieve prestaties van AMD-stuurprogramma's in gecompliceerde scenario's van parallelle lancering van computerkernels tot aanzienlijke vertragingen kunnen leiden. Open source-oplossingen hebben nog steeds hun nadelen.
In de onlangs gepubliceerde paper waren de onderzoekers de eersten die LAMMPS porteerden op een nieuwe open-source GPU-technologie, AMD HIP. Deze zich ontwikkelende technologie ziet er veelbelovend uit, omdat het helpt om één code effectief te gebruiken, zowel op Nvidia-accelerators als op nieuwe GPU's van AMD. De ontwikkelde LAMMPS-modificatie is als open source gepubliceerd en is beschikbaar in de officiële repository: gebruikers van over de hele wereld kunnen het gebruiken om hun berekeningen te versnellen.
'We hebben de GPU-acceleratorgeheugensubsystemen van Nvidia Volta- en AMD Vega20-architecturen grondig geanalyseerd en vergeleken. Ik ontdekte een verschil in de logica van parallelle lancering van GPU-kernels en demonstreerde dit door de programmaprofielen te visualiseren. Zowel de geheugenbandbreedte als de latenties van verschillende niveaus van GPU-geheugenhiërarchie, evenals de effectieve parallelle uitvoering van GPU-kernels - al deze aspecten hebben een grote invloed op de werkelijke prestaties van GPU-programma's '', aldus Vsevolod Nikolskiy, doctoraalstudent aan HSE University en een van de auteurs van het artikel.
De auteurs van het artikel stellen dat deelname aan de technologische race van de hedendaagse micro-elektronica-giganten een duidelijke trend laat zien naar een grotere verscheidenheid aan GPU-versnellingstechnologieën.
'Enerzijds is dit gegeven positief voor eindgebruikers, omdat het de concurrentie, de toenemende effectiviteit en de dalende kosten van supercomputers stimuleert. Aan de andere kant zal het nog moeilijker worden om effectieve programma's te ontwikkelen vanwege de noodzaak om rekening te houden met de beschikbaarheid van verschillende soorten GPU-architecturen en programmeertechnologieën ', aldus Vladimir Stegailov, hoogleraar aan de HSE University. 'Zelfs het ondersteunen van programmadraagbaarheid voor gewone processors op verschillende architecturen (x86, Arm, POWER) is vaak gecompliceerd. Overdraagbaarheid van programma's tussen verschillende GPU-platforms is een veel gecompliceerder probleem. Het open source-paradigma neemt veel barrières weg en helpt de ontwikkelaars van grote en gecompliceerde supercomputersoftware. '
In 2020 kende de markt voor grafische versnellers een groeiend tekort. De populaire toepassingsgebieden zijn bekend: cryptocurrency-mining en machine learning-taken. Ondertussen vereist wetenschappelijk onderzoek ook GPU-versnellers voor wiskundige modellering van nieuwe materialen en biologische moleculen.
'Door krachtige supercomputers te maken en snelle en effectieve programma's te ontwikkelen, worden tools voorbereid om de meest complexe wereldwijde uitdagingen, zoals de COVID-19-pandemie, op te lossen. Rekenhulpmiddelen voor moleculaire modellering worden tegenwoordig wereldwijd gebruikt om te zoeken naar manieren om het virus te bestrijden '', zegt Nikolay Kondratyuk, onderzoeker aan de HSE University en een van de auteurs van het artikel.
De belangrijkste programma's voor wiskundige modellering worden ontwikkeld door internationale teams en wetenschappers van tientallen instellingen. Ontwikkeling wordt uitgevoerd binnen het open-source paradigma en onder gratis licenties. De concurrentie van twee hedendaagse micro-elektronica-giganten, Nvidia en AMD, heeft geleid tot de opkomst van een nieuwe open-sourceinfrastructuur voor het programmeren van GPU-accelerators, AMD ROCm. Het open-source karakter van dit platform geeft hoop op maximale overdraagbaarheid van codes die zijn ontwikkeld met het gebruik ervan, naar supercomputers van verschillende typen. Een dergelijke AMD-strategie verschilt van de benadering van Nvidia, waarvan de CUDA-technologie een gesloten standaard is.
De reactie van de academische gemeenschap duurde niet lang. Projecten van de grootste nieuwe supercomputers op basis van AMD GPU-accelerators zijn bijna voltooid. De Lumi in Finland met 0.5 exaFLOPS aan prestaties (vergelijkbaar met de prestaties van 1,500,000 laptops!) Wordt snel gebouwd. Dit jaar wordt een krachtigere supercomputer, Frontier, verwacht in de VS (1.5 exaFLOPS), en in 2023 wordt een nog krachtigere El Capitan (2 exaFLOPS) verwacht.
###
Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://bioengineer.org/open-source-gpu-technology-for-supercomputers/
