Mô phỏng MD của GROMACS với Bộ xử lý dòng AMD EPYC 7003 trên Máy chủ Dell EMC PowerEdge

AMD mới đây đã công bố và ra mắt dòng vi xử lý EPYC dòng 7003 thế hệ thứ ba (tên mã Milan). Các bộ xử lý này được xây dựng dựa trên bộ xử lý dòng 7002 (Rome) thế hệ tiếp theo và cải tiến kiến ​​trúc bộ đệm L3 cùng với băng thông bộ nhớ tăng lên cho các khối lượng công việc như Điện toán hiệu năng cao (HPC).

Dell EMC HPC và Phòng thí nghiệm đổi mới AI đã đánh giá các bộ xử lý mới này bằng máy chủ PowerEdge 15G mới nhất của Dell EMC và sẽ báo cáo những phát hiện ban đầu của chúng tôi về ứng dụng động lực phân tử (MD) GROMAC trong blog này.

Do tác động to lớn đến sức khỏe của đại dịch COVID-19 đang diễn ra, các nhà nghiên cứu và nhà khoa học đang hợp tác chặt chẽ với Phòng thí nghiệm đổi mới HPC và AI để có được các tài nguyên điện toán phù hợp nhằm cải thiện hiệu suất mô phỏng động lực phân tử. Trong số các tài nguyên này, GROMACS là một ứng dụng được sử dụng rộng rãi cho mô phỏng MD. Nó đã được đánh giá bằng các bộ dữ liệu tiêu chuẩn bằng cách kết hợp bộ xử lý AMD EPYC Milan mới nhất (dựa trên lõi Zen 3) với máy chủ Dell EMC PowerEdge để tận dụng tối đa mô phỏng MD.  

Trong blog trước, Mô phỏng động phân tử với GROMACS trên AMD EPYC-ROME , chúng tôi đã công bố dữ liệu điểm chuẩn cho nghiên cứu ứng dụng GROMACS trên một nút và đa nút với các máy chủ Dell EMC dựa trên AMD EPYC ROME.

Các kết quả được nêu trong blog này đến từ nền thử nghiệm được mô tả trong bảng sau. Chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu ứng dụng một nút và nhiều nút trên bộ xử lý Milan, sử dụng ngăn xếp AMD mới nhất được hiển thị trong Bảng 1, với GROMACS 2020.4 để hiểu sự cải thiện hiệu suất so với bộ xử lý thế hệ cũ (Rome).

Bảng 1: Chi tiết phần cứng và phần mềm đã thử nghiệm

Bảng 2: Bộ dữ liệu điểm chuẩn được sử dụng để đánh giá hiệu suất GROMACS

Thông tin sau đây mô tả đánh giá hiệu suất cho ngăn xếp bộ xử lý được liệt kê trong Bảng 1.

Bộ xử lý Rome so với bộ xử lý Milan (GROMACS)

Hình 1: So sánh hiệu năng GROMACS với bộ xử lý AMD Rome

Để so sánh điểm chuẩn hiệu suất, chúng tôi đã chọn các bộ xử lý Rome gần nhất với các bộ xử lý Milan về các tính năng phần cứng như kích thước bộ nhớ đệm, giá trị TDP và Tần số cơ sở/Turbo của bộ xử lý, đồng thời đánh dấu giá trị tối đa đạt được cho Ns/ngày theo từng bộ dữ liệu được đề cập trong Bảng 2.

Hình 1 cho thấy bộ xử lý 32C Milan có mức cải thiện hiệu suất cao hơn (19% đối với nước 1536, 21% đối với nước 3072 và 10 đến khoảng 12% với bộ dữ liệu HECBIO sim và lingo cellulose) so với bộ xử lý 32C Rome. Kết quả này là do tốc độ xử lý cao hơn và bộ đệm L3 được cải thiện, trong đó mỗi lõi có thể truy cập nhiều dữ liệu hơn. 

Tiếp theo, với bộ xử lý cao cấp hơn, chúng tôi chỉ thấy mức tăng 10% đối với tập dữ liệu về nước, vì chúng tốn nhiều bộ nhớ hơn. Một số phần trăm được thêm vào do cải thiện tần suất cho các tập dữ liệu còn lại. Nhìn chung, kết quả của bộ xử lý Milan cho thấy sự cải thiện hiệu suất đáng kể của GROMACS so với bộ xử lý Rome.

So sánh bộ xử lý Milan (bộ xử lý 32C so với bộ xử lý 64C)

Hình 2: Hiệu suất GROMACS với bộ xử lý Milan

Hình 2 cho thấy hiệu suất liên quan đến hiệu suất đạt được trên bộ xử lý 7543. Ví dụ: hiệu suất của nước 1536 được cải thiện từ bộ xử lý 32C sang bộ xử lý 64 lõi (64C) từ 41% (bộ xử lý 7713) lên 57% (bộ xử lý 7763). Sự cải thiện hiệu suất là do số lượng lõi ngày càng tăng và cải thiện hiệu suất tần số lõi CPU cao hơn. Chúng tôi quan sát thấy GROMACS nhạy cảm với tần số nhưng không ở mức độ lớn. Có thể thấy lợi ích lớn hơn khi chạy GROMACS trên nhiều lần chạy tập hợp hoặc chạy tập dữ liệu với số lượng nguyên tử cao hơn.

Chúng tôi khuyên bạn nên so sánh tỷ lệ giá trên hiệu suất trước khi chọn bộ xử lý dựa trên tập dữ liệu có tần số lõi CPU cao hơn, vì bộ xử lý có số lõi tần số thấp hơn có thể mang lại hiệu suất tổng thể tốt hơn.

Nghiên cứu đa nút với bộ xử lý 7713 64C

Hình 3: Nghiên cứu đa nút với 7713 SKU 64c

Đối với các thử nghiệm đa nút, nền thử nghiệm được định cấu hình với kết nối NVIDIA Mellanox HDR chạy ở tốc độ 200 Gbps và mỗi máy chủ bao gồm bộ xử lý AMD EPYC 7713. Chúng tôi đã đạt được khả năng mở rộng hiệu suất tuyến tính như mong đợi cho GROMACS lên đến bốn nút và trên mỗi bộ dữ liệu. Tất cả các lõi trong mỗi máy chủ đã được sử dụng trong khi chạy điểm chuẩn. Hiệu suất tăng gần như tuyến tính trên tất cả các loại tập dữ liệu khi số lượng lõi tăng lên.

Phần kết luận

Đối với các bộ dữ liệu khác nhau mà chúng tôi đã đánh giá, GROMACS thể hiện khả năng mở rộng mạnh mẽ và tính toán chuyên sâu. Chúng tôi khuyên dùng bộ xử lý có số lõi cao cho các tập dữ liệu nhỏ hơn (nước 1536, hec 1400); các bộ dữ liệu lớn hơn (water 3072, ligno,HEC 3000) sẽ được hưởng lợi từ bộ nhớ trên mỗi lõi. Việc định cấu hình các tùy chọn BIOS tốt nhất là điều quan trọng để hệ thống đạt được hiệu suất tốt nhất.