神威太湖之光上分子动力学模拟的性能优化
作者:
作者单位:

作者简介:

田卓(1984-),女,博士,CCF专业会员,主要研究领域为高性能计算,并行计算.
陈一峯(1973-),男,博士,副教授,博士生导师,主要研究领域为并行编程语言,异构并行软件.

通讯作者:

田卓,E-mail:t.z@pku.edu.cn

基金项目:

国家重点研发计划(2017YFB0202001);国家自然科学基金(61432018,61672208)


Performance Optimization of Molecular Dynamics Simulation on Sunway TaihuLight System
Author:
Affiliation:

Fund Project:

National Key Research and Development Program of China (2017YFB0202001); National Natural Science Foundation of China (61432018, 61672208)

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
    摘要:

    “神威·太湖之光”国产超级计算机的特点是适用于高通量计算系统,此类系统往往存储器访问延迟,网络延迟较长.在实际应用中,有一大类问题是时间演化的模拟问题,往往需要高频状态迭代,每次迭代需要通信.此类应用问题的典型代表是分子动力学模拟,分子的性质依赖于时间演化,导致状态相关的时间尺度上难以并行化.实际应用中,全原子模型需要模拟超过ms时间尺度,每一步的物理时间为1fs~2.5fs,这意味着所需时间步个数超过1012个.众核处理器中,不同核心访存时需较长的“排队”等待,造成访存延迟.另外,网卡通信延迟以及较长的数据通路会带来网络延迟,由此导致在长延迟的众核处理器上进行一次有效的模拟几乎是不可能的.解决此类问题的主要挑战是提高迭代频率,即每秒执行尽可能多的迭代步.针对神威高性能芯片处理器的体系结构特点,以分子动力学模拟为例,研究了一系列优化策略以提高迭代频率:(1)单核通信与片上核间同步相结合,降低通信成本;(2)共享内存等待与从核同步相结合,优化异构体系结构中的核间同步;(3)改变计算模式,减少核间数据关联和依赖关系;(4)数据传输与计算重叠,掩盖访存延迟;(5)规则化问题,以提高访存凝聚性.

    Abstract:

    Sunway TaihuLight supercomputer is suitable for high-throughput computing systems, which tend to have memory access latency and network latency. There is a large class of problems namely time-to-solution, which requires high frequency iterations. The typical application of time-to-solution problems is molecular dynamics simulation. Computations in molecular dynamics simulation depend on the time. Therefore, the iterative computations are difficult to be parallelized. Time scale usually exceeds microsecond, which means that the number of steps is more than 1012. It is impossible to finish effective simulation in a limited time on long latency system. Therefore, the main performance bottleneck on long latency Sunway system is how to increase the iterative frequency. This study proposes a series of optimization strategies to improve the iterative frequency:(1) Reducing communication overhead and network competition costs through single-core communication combined with on-chip synchronization; (2) Optimizating the speed of synchronization between cores through waiting the shared memory variable and synchronizing the computing processing elements; (3) Reducing the data dependencies by changing the computation patterns; (4) Covering up the memory access latency by overlapping computation and communication; (5) Regulating the data structure to improve accessibility.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

田卓,陈一峯.神威太湖之光上分子动力学模拟的性能优化.软件学报,2021,32(9):2945-2962

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
历史
  • 收稿日期:2018-11-08
  • 最后修改日期:2019-10-25
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2021-09-15
您是第位访问者
版权所有:中国科学院软件研究所 京ICP备05046678号-3
地址:北京市海淀区中关村南四街4号,邮政编码:100190
电话:010-62562563 传真:010-62562533 Email:jos@iscas.ac.cn
技术支持:北京勤云科技发展有限公司

京公网安备 11040202500063号