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GROMACS使用英特爾oneAPI跨架構(gòu)工具進(jìn)行優(yōu)化

英特爾中國(guó) ? 來(lái)源:英特爾中國(guó) ? 作者:英特爾中國(guó) ? 2022-05-14 10:56 ? 次閱讀

GROMACS憑借英特爾oneAPI開(kāi)放的編程和多架構(gòu)工具進(jìn)行加速,并在基于英特爾Xe 架構(gòu)的GPU上運(yùn)行,展現(xiàn)卓越性能。

英特爾致力于培育一個(gè)開(kāi)放的生態(tài)系統(tǒng),包括為許多開(kāi)源項(xiàng)目做出技術(shù)貢獻(xiàn),這些項(xiàng)目都對(duì)現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生了直接影響。GROMACS就是其中的一個(gè)例子,它是一個(gè)分子動(dòng)力學(xué)軟件包,用于模擬設(shè)計(jì)新藥物的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸。最近發(fā)布的GROMACS 2022使用SYCL和oneAPI進(jìn)行開(kāi)發(fā),在多種架構(gòu)上運(yùn)行展現(xiàn)出卓越的性能,包括基于英特爾Xe 架構(gòu)的GPU。

GROMACS是世界上使用最廣泛的開(kāi)源分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用之一。原因很簡(jiǎn)單,借助該應(yīng)用進(jìn)行的模擬,能幫助我們更好地了解小到體內(nèi)的蛋白質(zhì),大到宇宙星系的分子動(dòng)態(tài)。值得注意的是,我們與GROMACS的合作,即使用oneAPI進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化,讓英特爾參與到藥物研發(fā)的重大進(jìn)展中,并擴(kuò)展了GROMACS跨多個(gè)計(jì)算架構(gòu)的開(kāi)放式開(kāi)發(fā)。這一切都是在與我們非常珍視的開(kāi)源社區(qū)合作時(shí)實(shí)現(xiàn)的。

——Roland Schulz

英特爾并行軟件工程師

GROMACS的分子動(dòng)力學(xué)模擬由oneAPI提供技術(shù)支持,與國(guó)際分布式計(jì)算項(xiàng)目Folding@home等項(xiàng)目一起,為確定針對(duì)乳腺癌、新型冠狀肺炎、2型糖尿病等疾病關(guān)鍵藥物的解決方案做出了貢獻(xiàn)。在現(xiàn)代藥物研發(fā)中,分子動(dòng)力學(xué)模擬得到了廣泛而成功的應(yīng)用。這些模擬為研究人員提供了所需的生物大分子結(jié)構(gòu)信息,以了解結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系,用于指導(dǎo)藥物研發(fā)和設(shè)計(jì)過(guò)程。像GROMACS這樣的計(jì)算工具,在藥物研發(fā)方面的應(yīng)用,有助于研究人員更有效地設(shè)計(jì)和評(píng)估新藥的同時(shí),節(jié)省資源。

斯德哥爾摩大學(xué)和瑞典皇家理工學(xué)院的GROMACS研發(fā)團(tuán)隊(duì)在生物物理學(xué)教授Erik Lindahl的帶領(lǐng)下,引領(lǐng)著GROMACS分子動(dòng)力學(xué)工具包的開(kāi)發(fā),這是世界上使用最廣泛的高性能計(jì)算應(yīng)用之一。分子動(dòng)力學(xué)以計(jì)算為中心,并且頻繁迭代,這讓它成為最耗時(shí)的高性能計(jì)算應(yīng)用之一。數(shù)十億次的計(jì)算會(huì)涉及數(shù)百萬(wàn)行的代碼。

oneAPI作為一種開(kāi)放、統(tǒng)一的編程模型,用于CPU和加速器,并支持多個(gè)廠商的計(jì)算機(jī)架構(gòu),這幫助Lindahl教授和他的團(tuán)隊(duì)擴(kuò)展了GROMACS對(duì)異構(gòu)硬件的支持。這得益于使用跨架構(gòu)、跨廠商的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)從而提高了生產(chǎn)力。基于這些標(biāo)準(zhǔn),oneAPI編程簡(jiǎn)化了軟件的開(kāi)發(fā)流程,無(wú)需特定的編程語(yǔ)言或供應(yīng)商,就能提供加速計(jì)算的性能,同時(shí)允許集成現(xiàn)有代碼,包括OpenMP。

作為oneAPI優(yōu)化工作的一部分,Lindahl的團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用英特爾 DPC++兼容性工具(英特爾 oneAPI基礎(chǔ)工具包的一部分),將GROMACS中只能在Nvidia硬件上運(yùn)行的CUDA代碼,遷移到SYCL,該工具通常能自動(dòng)執(zhí)行90至95%的代碼遷移工作①②。這允許其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建一個(gè)新的、獨(dú)立可遷移的跨架構(gòu)代碼庫(kù)。這極大簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)工作,并為多架構(gòu)環(huán)境的部署提供靈活性。

憑借GROMACS 2022對(duì)SYCL和oneAPI的全面支持,我們擴(kuò)展了GROMACS,使其可以在新型硬件上運(yùn)行。通過(guò)英特爾 DevCloud,我們已經(jīng)在當(dāng)前基于英特爾Xe 架構(gòu)的GPU,以及即將推出基于英特爾Xe 架構(gòu)的GPU開(kāi)發(fā)平臺(tái)Ponte Vecchio上,運(yùn)行了生產(chǎn)模擬。這一階段取得的性能結(jié)果令人印象深刻,證明了英特爾軟硬件協(xié)同合作的力量。總而言之,這些優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了硬件的多樣性,提供了高端性能,并推動(dòng)了競(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新,讓我們能更快地開(kāi)展科學(xué)研究,并降低下游產(chǎn)業(yè)的成本。

——Erik Lindahl

生物物理學(xué)教授

通過(guò)使用英特爾oneAPI跨架構(gòu)工具進(jìn)行優(yōu)化,例如oneAPI DPC++/C++編譯器、oneAPI庫(kù)以及高性能計(jì)算分析和集群工具,GROMACS實(shí)現(xiàn)了加速計(jì)算,oneAPI工具可在英特爾 DevCloud中獲取。英特爾 DevCloud是一個(gè)免費(fèi)環(huán)境,可以在各種英特爾架構(gòu)如CPU,GPU,FPGA上,開(kāi)發(fā)和測(cè)試代碼。

關(guān)于GROMACS

GROMACS是一個(gè)通用的軟件包,用于對(duì)具有數(shù)百萬(wàn)個(gè)粒子的系統(tǒng),進(jìn)行基于牛頓運(yùn)動(dòng)方程式的分子動(dòng)力學(xué)模擬。GROMACS主要用于生物化學(xué)分子,如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等,這些分子具有多種復(fù)雜的鍵合相互作用。由于GROMACS在計(jì)算典型的模擬應(yīng)用,如計(jì)算非鍵合相互作用方面具有非常快的速度,因此許多科研人員將其用于非生物系統(tǒng)的研究,例如聚合物。

關(guān)于oneAPI

oneAPI提供一個(gè)開(kāi)放、統(tǒng)一的跨架構(gòu)編程模型,旨在簡(jiǎn)化跨多架構(gòu)的開(kāi)發(fā)(如CPU、GPU、FPGA和其它加速器)。oneAPI讓開(kāi)發(fā)者在一個(gè)開(kāi)放、基于標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境中,打破基于單個(gè)廠商的封閉式編程模型的限制,為加速計(jì)算提供出色性能,并且允許代碼持續(xù)迭代。

關(guān)于英特爾與Folding@home的合作

GROMACS是Folding@home分布式計(jì)算項(xiàng)目的基石,旨在通過(guò)模擬蛋白質(zhì)的動(dòng)力學(xué),幫助科學(xué)家為各種疾病開(kāi)發(fā)新的診療方法。進(jìn)行這些具有挑戰(zhàn)性的分子動(dòng)力學(xué)模擬,需要一種稱為強(qiáng)擴(kuò)展的流程,在藥物研發(fā)過(guò)程中成功地模擬原子。英特爾能通過(guò)先進(jìn)的軟件技術(shù)工具和代碼優(yōu)化支持GROMACS,進(jìn)而支持Folding@home,幫助提供高效、高性能的異構(gòu)編程。通過(guò)提供必要的計(jì)算能力,這最終將助力開(kāi)發(fā)者和科學(xué)家完成強(qiáng)大的縮放。雖然該項(xiàng)目尚未采用GROMACS 2022,但已開(kāi)始計(jì)劃轉(zhuǎn)換代碼,為即將推出的英特爾Xe 架構(gòu)GPU做好跨架構(gòu)的準(zhǔn)備。

注意事項(xiàng)與免責(zé)聲明:

①該團(tuán)隊(duì)把GROMACS的Nvidia CUDA代碼遷移到Data Parallel C++(DPC++),后者是oneAPI的一個(gè)SYCL實(shí)施,旨在創(chuàng)建新的跨架構(gòu)代碼。

②英特爾預(yù)估,截至2021年9月。基于對(duì)一套70個(gè)HPC基準(zhǔn)測(cè)試和樣本的測(cè)量,例如Rodinia、SHOC、PENNANT等。測(cè)試結(jié)果可能有所差異。

性能因使用、配置和其它因素而異。如需了解更多信息,請(qǐng)前往www.intel.com/PerformanceIndex。測(cè)試結(jié)果可能有差異。

性能結(jié)果基于配置中顯示的日期進(jìn)行測(cè)試,且可能并未反映所有公開(kāi)可用的安全更新。

沒(méi)有任何產(chǎn)品或組件是絕對(duì)安全的。

實(shí)際成本與測(cè)試結(jié)果可能有所差異。

英特爾技術(shù)可能需要支持的硬件、軟件或服務(wù)激活

英特爾不控制或?qū)徲?jì)第三方公司的數(shù)據(jù)。您應(yīng)該咨詢其他來(lái)源以評(píng)估其準(zhǔn)確性。

英特爾公司,英特爾、英特爾logo及其它英特爾標(biāo)識(shí),是英特爾公司或其分支機(jī)構(gòu)的商標(biāo)。文中涉及的其它名稱及品牌屬于各自所有者資產(chǎn)。

原文標(biāo)題:英特爾oneAPI賦能GROMACS 2022,推動(dòng)開(kāi)源藥物的研發(fā)

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審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:英特爾oneAPI賦能GROMACS 2022,推動(dòng)開(kāi)源藥物的研發(fā)

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