Τεχνολογία GPU ανοιχτού κώδικα για υπερυπολογιστές: Ερευνητές πλοηγούνται στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Τεχνολογία ανοικτής πηγής GPU για υπερυπολογιστές: Οι ερευνητές πλοηγούνται σε πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Vladimir Stegailov, HSE University professor CREDIT Vladimir Stegailov

Περίληψη:
Ερευνητές από το HSE International Laboratory for Supercomputer Atomistic Modeling and Multi-scale Analysis, JIHT RAS και MIPT έχουν συγκρίνει την απόδοση δημοφιλών προγραμμάτων μοριακής μοντελοποίησης σε επιταχυντές GPU που παράγονται από την AMD και τη Nvidia. Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε από το International Journal of High Performance Computing Applications, οι μελετητές έφεραν το LAMMPS στη νέα τεχνολογία GPU ανοιχτού κώδικα, AMD HIP, για πρώτη φορά.

Τεχνολογία ανοικτής πηγής GPU για υπερυπολογιστές: Οι ερευνητές πλοηγούνται σε πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Μόσχα, Ρωσία | Δημοσιεύτηκε στις 30 Απριλίου 2021

Οι μελετητές ανέλυσαν διεξοδικά την απόδοση τριών προγραμμάτων μοριακής μοντελοποίησης - LAMMPS, Gromacs και OpenMM - σε επιταχυντές GPU Nvidia και AMD με συγκρίσιμες παραμέτρους αιχμής. Για τις δοκιμές, χρησιμοποίησαν το μοντέλο ApoA1 (Απολιποπρωτεΐνη Α1) - απολιποπρωτεΐνη στο πλάσμα του αίματος, την κύρια πρωτεΐνη φορέα της «καλής χοληστερόλης». Διαπίστωσαν ότι η απόδοση των υπολογιστικών ερευνών επηρεάζεται όχι μόνο από παραμέτρους υλικού, αλλά και από το περιβάλλον λογισμικού. Αποδείχθηκε ότι η αναποτελεσματική απόδοση των προγραμμάτων οδήγησης AMD σε περίπλοκα σενάρια παράλληλης εκτόξευσης υπολογιστών πυρήνων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές καθυστερήσεις. Οι λύσεις ανοιχτού κώδικα εξακολουθούν να έχουν τα μειονεκτήματά τους.

Στην πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία, οι ερευνητές ήταν οι πρώτοι που έφεραν το LAMMPS σε μια νέα τεχνολογία GPU ανοιχτού κώδικα, AMD HIP. Αυτή η αναπτυσσόμενη τεχνολογία φαίνεται πολύ ελπιδοφόρα, καθώς βοηθά στην αποτελεσματική χρήση ενός κώδικα τόσο στους επιταχυντές Nvidia όσο και σε νέες GPU από την AMD. Η τροποποιημένη τροποποίηση LAMMPS έχει δημοσιευτεί ως ανοιχτού κώδικα και είναι διαθέσιμη στο επίσημο αποθετήριο: χρήστες από όλο τον κόσμο μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να επιταχύνουν τους υπολογισμούς τους.

«Αναλύσαμε διεξοδικά και συγκρίναμε τα υποσυστήματα μνήμης επιταχυντή GPU των αρχιτεκτονικών Nvidia Volta και AMD Vega20. Βρήκα μια διαφορά στη λογική της παράλληλης εκτόξευσης πυρήνων GPU και το έδειξα οπτικοποιώντας τα προφίλ του προγράμματος. Τόσο το εύρος ζώνης μνήμης όσο και οι καθυστέρηση διαφορετικών επιπέδων ιεραρχίας μνήμης GPU καθώς και η αποτελεσματική παράλληλη εκτέλεση πυρήνων GPU - όλες αυτές οι πτυχές έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην πραγματική απόδοση των προγραμμάτων GPU ", δήλωσε ο Vsevolod Nikolskiy, διδακτορικός φοιτητής του Πανεπιστημίου HSE και ένας από τους συγγραφείς της εφημερίδας.

Οι συγγραφείς της εφημερίδας υποστηρίζουν ότι η συμμετοχή στον τεχνολογικό αγώνα των σύγχρονων γίγαντων μικροηλεκτρονικής δείχνει μια προφανή τάση προς μεγαλύτερη ποικιλία τεχνολογιών επιτάχυνσης GPU.

«Από τη μία πλευρά, αυτό το γεγονός είναι θετικό για τους τελικούς χρήστες, καθώς διεγείρει τον ανταγωνισμό, την αυξανόμενη αποτελεσματικότητα και το μειωμένο κόστος των υπερυπολογιστών. Από την άλλη πλευρά, θα είναι ακόμη πιο δύσκολο να αναπτυχθούν αποτελεσματικά προγράμματα λόγω της ανάγκης να εξεταστεί η διαθεσιμότητα πολλών διαφορετικών τύπων αρχιτεκτονικών GPU και τεχνολογιών προγραμματισμού », σχολίασε ο Vladimir Stegailov, καθηγητής του Πανεπιστημίου HSE. «Ακόμη και η υποστήριξη φορητότητας προγραμμάτων για συνηθισμένους επεξεργαστές σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές (x86, Arm, POWER) είναι συχνά περίπλοκη. Η φορητότητα προγραμμάτων μεταξύ διαφορετικών πλατφορμών GPU είναι ένα πολύ πιο περίπλοκο ζήτημα. Το πρότυπο ανοιχτού κώδικα εξαλείφει πολλά εμπόδια και βοηθά τους προγραμματιστές μεγάλου και περίπλοκου λογισμικού υπερυπολογιστών.

Το 2020, η αγορά γραφικών επιταχυντών παρουσίασε ένα αυξανόμενο έλλειμμα. Οι δημοφιλείς περιοχές χρήσης τους είναι γνωστές: εργασίες εξόρυξης κρυπτονομισμάτων και μηχανικής μάθησης. Εν τω μεταξύ, η επιστημονική έρευνα απαιτεί επίσης επιταχυντές GPU για μαθηματική μοντελοποίηση νέων υλικών και βιολογικών μορίων.

«Η δημιουργία ισχυρών υπερυπολογιστών και η ανάπτυξη γρήγορων και αποτελεσματικών προγραμμάτων είναι πώς προετοιμάζονται τα εργαλεία για την επίλυση των πιο σύνθετων παγκόσμιων προκλήσεων, όπως η πανδημία COVID-19. Τα εργαλεία υπολογισμού για τη μοριακή μοντελοποίηση χρησιμοποιούνται σήμερα παγκοσμίως για την αναζήτηση τρόπων καταπολέμησης του ιού », δήλωσε ο Nikolay Kondratyuk, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο HSE και ένας από τους συγγραφείς της εφημερίδας.

Τα πιο σημαντικά προγράμματα μαθηματικής μοντελοποίησης αναπτύσσονται από διεθνείς ομάδες και μελετητές από δεκάδες ιδρύματα. Η ανάπτυξη πραγματοποιείται εντός του παραδείγματος ανοιχτού κώδικα και με δωρεάν άδειες. Ο ανταγωνισμός δύο σύγχρονων γίγαντων μικροηλεκτρονικής, Nvidia και AMD, οδήγησε στην εμφάνιση μιας νέας υποδομής ανοιχτού κώδικα για τον προγραμματισμό επιταχυντών GPU, AMD ROCm. Ο χαρακτήρας ανοιχτού κώδικα αυτής της πλατφόρμας δίνει ελπίδα για μέγιστη φορητότητα των κωδικών που αναπτύχθηκαν με τη χρήση της, σε υπερυπολογιστές διαφόρων τύπων. Αυτή η στρατηγική AMD διαφέρει από την προσέγγιση της Nvidia, της οποίας η τεχνολογία CUDA είναι κλειστό πρότυπο.

Δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος για να δούμε την απάντηση της ακαδημαϊκής κοινότητας. Τα έργα των μεγαλύτερων νέων υπερυπολογιστών που βασίζονται σε επιταχυντές GPU AMD είναι σχεδόν έτοιμα. Το Lumi στη Φινλανδία με 0.5 exaFLOPS απόδοσης (που είναι παρόμοιο με την απόδοση των 1,500,000 φορητών υπολογιστών!) Κατασκευάζεται γρήγορα. Φέτος, ένας πιο ισχυρός υπερ-υπολογιστής, Frontier, αναμένεται στις ΗΠΑ (1.5 exaFLOPS) και το 2023 - ένα ακόμα πιο ισχυρό El Capitan (2 exaFLOPS) αναμένεται.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Λιουτμίλα Μετσέντεβα
7-926-313-2406

@HSE_eng

Πνευματικά δικαιώματα © Πανεπιστήμιο HSE

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: