В НИУ ВШЭ разобрались в плюсах и минусах open-source GPU-технологий для суперкомпьютеров — Naked Science
10 минут
НИУ ВШЭ
1

В НИУ ВШЭ разобрались в плюсах и минусах open-source GPU-технологий для суперкомпьютеров

4.3

Исследователи Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа НИУ ВШЭ, ОИВТ РАН и МФТИ сравнили работу популярных программ молекулярного моделирования на GPU-ускорителях AMD и Nvidia. Ученые впервые перенесли LAMMPS на новую open-source GPU-технологию AMD HIP. В этой развивающейся технологии увидели большие перспективы, поскольку она позволяет эффективно использовать единый код и на ускорителях Nvidia, и на новых GPU компании AMD.

В НИУ ВШЭ разобрались в плюсах и минусах open-source GPU-технологий для суперкомпьютеров / ©Getty images

В опубликованной работе в журнале International Journal of High Performance Computing Applications ученые впервые перенесли LAMMPS на новую open-source GPU-технологию AMD HIP. Исследователи провели детальный анализ производительности трех программ для молекулярного моделирования LAMMPS, Gromacs и OpenMM на GPU-ускорителях Nvidia и AMD с сопоставимыми пиковыми характеристиками.

Для тестов ученые использовали модели белка ApoA1 – Аполипопротеин A1 – аполипопротеин плазмы крови, основной белок носителя «хорошего холестерина». Выяснилось, что  на производительность научных расчетов влияют не только характеристики аппаратного обеспечения, но и программное окружение. Оказалось, что недостаточно эффективная работа драйверов AMD в сложных сценариях параллельного запуска вычислительных ядер может вносить значительные задержки. Open-source решения имеют пока свои минусы.

В опубликованной работе ученые впервые перенесли LAMMPS на новую open-source GPU-технологию AMD HIP. В этой развивающейся технологии увидели большие перспективы, поскольку она позволяет эффективно использовать единый код и на ускорителях Nvidia, и на новых GPU компании AMD. Разработанная модификация LAMMPS опубликована под открытой лицензией и доступна в официальном репозитории – пользователи по всему миру могут использовать эту разработку для ускорения своих расчетов.

«Мы провели детальный анализ и сравнение подсистем памяти GPU-ускорителей архитектур Nvidia Volta и AMD Vega20. Я обнаружил разницу в логике параллельного запуска GPU ядер и продемонстрировал ее с помощью визуализации профилей программы. И пропускная способность, и задержки иерархии внутренней памяти GPU-ускорителя, и эффективное параллельное выполнение GPU-ядер – все это оказывает очень большое влияние на реальную производительность GPU-программ», – говорит один из авторов статьи, аспирант НИУ ВШЭ Всеволод Никольский. По мнению авторов статьи, участие в этой технологической гонке титанов современной микроэлектроники демонстрирует очевидную тенденцию к увеличению разнообразия технологий GPU-ускорителей.

«С одной стороны, это позитивный для конечных пользователей факт, стимулирующий конкуренцию, повышение эффективности и снижение стоимости суперкомпьютеров. С другой стороны, сложность разработки эффективных программ для гибридных вычислительных систем еще больше усилится в результате необходимости учитывать наличие нескольких различных типов GPU-архитектур и технологий программирования, – комментирует профессор ВШЭ Владимир Стегайлов.

– Даже поддержка переносимости программ для обычных процессоров на различных архитектурах (x86, Arm, POWER) часто оказывается нетривиальной. Переносимость программ между различными GPU-платформами – вопрос намного более сложный. Open-source парадигма устраняет многие барьеры и помогает разработчикам больших и сложных суперкомпьютерных программ».

В 2020 году усилился дефицит на рынке графических ускорителей. Хорошо известны популярные области их использования: майнинг криптовалют и задачи машинного обучения. Однако GPU-ускорители нужны и в науке для математического моделирования новых материалов и биологических молекул. «Создание мощных суперкомпьютеров и разработка быстрых и эффективных программ – это подготовка инструментов для решения сложнейших общемировых вызовов, таких как пандемия COVID-19. Вычислительные инструменты для молекулярного моделирования используются сегодня во всем мире для поиска путей борьбы с этим вирусом», – говорит один из авторов статьи, научный сотрудник НИУ ВШЭ Николай Кондратюк.

Важнейшие программы для математического моделирования разрабатываются   международными коллективами и учеными из десятков организаций. Разработка ведется с открытым исходным кодом и под свободными лицензиями. Конкуренция двух титанов современной микроэлектроники Nvidia и AMD привела к появлению новой open-source инфраструктуры AMD ROCm для программирования GPU-ускорителей.
Открытость платформы позволяет надеяться на максимальную переносимость кодов, разработанных с ее использованием, на суперкомпьютеры самых разных типов. Подобная стратегия AMD отличается от похода компании Nvidia, чья технология CUDA является закрытым стандартом.

Отклик научного сообщества не заставил себя ждать.  Близятся к завершению проекты создания новых крупнейших суперкомпьютеров, использующих GPU-ускорители AMD. Полным ходом идет строительство суперкомпьютера Lumi в Финляндии с производительностью 0.5 экзафлопс (что эквивалентно, например, суммарной производительности полутора миллионов ноутбуков). В этом же году в США появится в полтора раза более мощный суперкомпьютер Frontier (1,5 экзафлопс), а в 2023 году – еще более мощный El Capitan (2 экзафлопс).
  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — одно из крупнейших и самых востребованных высших учебных заведений России, стран СНГ и государств Восточной Европы. В НИУ ВШЭ представлены все уровни образовательной подготовки (от лицея для школьников до аспирантуры и MBA) по широкому спектру направлений в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также творческих специальностей. Научные подразделения ВШЭ — институты, центры, лаборатории, возглавляемые ведущими российскими и зарубежными учеными, ориентированы как на фундаментальные исследования, так и на прикладные разработки по заказам федеральных и региональных органов власти, министерств и ведомств, российских и зарубежных компаний. Высшая школа экономики стабильно занимает высокие места в предметных рейтингах Times Higher Education (THE) и QS, а также является единственным российским университетом в топ-50 рейтингов молодых университетов сразу двух агентств.
Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

7 мая
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

2 недели назад
-
1
+
Очень интересно.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: