DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r454

Эффективность процессоров архитектуры ARM для расчетов классической молекулярной динамики

Авторы

  • В.П. Никольский
  • В.В. Стегайлов

Ключевые слова:

архитектура ARM
операции с числами с плавающей точкой
эффективность
молекулярная динамика
Advanced RISC Machine

Аннотация

Суперкомпьютерные вычисления экзафлопсной эры будут неизбежно ограничены энергоэффективностью. Сегодня в качестве возможных кандидатов для этих целей рассматриваются различные микропроцессорные архитектуры. Недавно микропроцессоры с архитектурой ARM в своем развитии достигли момента, когда уже можно серьезно обсуждать их применение для высокопроизводительных вычислений. В настоящей статье представлен анализ эффективности последних версий ARM-микропроцессоров и их производительности для задач классической молекулярной динамики.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2015-10-10

Выпуск

Том 16 (2015): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

В.П. Никольский

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
ул. Мясницкая, 2, 101000, Москва
• студент

В.В. Стегайлов

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
ул. Мясницкая, 2, 101000, Москва
• профессор

Библиографические ссылки

  1. V. Sadovnichy, A. Tikhonravov, Vl. Voevodin, and V. Opanasenko, “’Lomonosov’: Supercomputing at Moscow State University,” in Contemporary High Performance Computing: From Petascale toward Exascale (CRC Press, Boca Raton, 2013), pp. 283-307.
  2. V. V. Stegailov and G. E. Norman, “Challenges to the Supercomputer Development in Russia: a HPC User Perspective,” Program. Sistemy: Teoriya Prilozh. 5 (1), 111-152 (2014).
  3. J. Fitzpatrick, “An Interview with Steve Furber,” Commun. ACM 54 (5), 34-39 (2011).
  4. G. Mitra, B. Johnston, A. P. Rendell, et al., “Use of SIMD Vector Operations to Accelerate Application Code Performance on Low-Powered ARM and Intel Platforms,” in Proc. IEEE 27th Int. Symposium on Parallel and Distributed Processing Workshops and PhD Forum, Cambridge, MA, USA, May 20-24, 2013 (IEEE Press, Washington, DC, 2013), pp. 1107-1116.
  5. A. V. Yanilkin, P. A. Zhilyaev, A. Yu. Kuxin, et al, “Application of Supercomputers for the Molecular Dynamics Simulation of Processes in Condensed Matter,” Vychisl. Metody Programm. 11, 111-116 (2010).
  6. P. A. Zhilyaev and V. V. Stegailov, “Ab Initio Molecular Dynamics: Application Perspectives of Multi-CPU and Hybrid Supercomputers,” Vychisl. Metody Programm. 13, 37-45 (2012).
  7. A. Y. Kuksin, A. V. Lankin, I. V. Morozov, et al., “Predictive Modeling and Simulation of Properties and Multi-Scale Processes in Materials Science. Tasks for Exaflops-Era Supercomputers,” Program. Sistemy: Teoriya Prilozh. 5 (1), 191-244 (2014).
  8. G. E. Norman and V. V. Stegailov, “Stochastic Theory of the Classical Molecular Dynamics Method,” Mat. Model. 24 (6), 3-44 (2012) [Math. Models Comput. Simul. 5 (4), 305-333 (2013)].
  9. W. Eckhardt, A. Heinecke, R. Bader, et al., “591 TFLOPS Multi-Trillion Particles Simulation on SuperMUC,” in Lecture Notes in Computer Science (Springer, Heidelberg, 2013), Vol. 7905, pp. 1-12.
  10. S. Piana, J. L. Klepeis, and D. E. Shaw, “Assessing the Accuracy of Physical Models Used in Protein-Folding Simulations: Quantitative Evidence from Long Molecular Dynamics Simulations,” Curr. Opin. Struct. Biol. 24, 98-105 (2014).
  11. V. O. Podryga, S. V. Polyakov, and D. V. Puzyrkov, “Supercomputer Molecular Modeling of Thermodynamic Equilibrium in Gas-Metal Microsystems,” Vychisl. Metody Programm. 16, 123-138 (2015).
  12. H. J. Curnow and B. A. Wichmann, “A Synthetic Benchmark,” Comput. J. 19 (1), 43-49 (1976).
  13. D. Kozlov-Kononov, “Processor Core Cortex: Combination of High Performance and Low Power Consumption,” Elektronika, No. 8, 16-24 (2010).
  14. R. Garg, “Exploring the Floating Point Performance of Modern ARM Processors,”
    http://www.anandtech.com/show/6971/exploring-the-floating-point-performance-of-modern-arm-processors . Cited October 30, 2015.
  15. R. Garg, “RgbenchMM - Android Apps on Google Play,”
    https://play.google.com/store/apps/details?id=org.codedivine.rgbench{&}hl=en . Cited October 30, 2015.
  16. R. Garg, “Prelim Analysis of RgbenchMM,”
    http://codedivine.org/2012/09/25/prelim-analysis-rgbenchmm . Cited October 30, 2015.
  17. Swedroid - Nordens Största Android-Community.
    http://www.swedroid.se . Cited October 30, 2015.
  18. V. A. Mikheev, S. P. Izgalin, A. I. Slutskin, et al., “Preliminary Results of Evaluation Testing of the Angara High-Speed Communication Network,”
    http://2014.nscf.ru/TesisAll/1_Apparatura/05_165_SemenovAS.pdf . Cited October 30, 2015.
  19. V. V. Stegailov, N. D. Orehkov, and G. S. Smirnov, “HPC Hardware Efficiency for Quantum and Classical Molecular Dynamics,” in Lecture Notes in Computer Science (Springer, Heidelberg, 2013), Vol. 9251, pp. 469-473.
  20. G. S. Smirnov and V. V. Stegailov, “Efficiency of Classical Molecular Dynamics on HPC Hardware,” Mat. Model. 28 (2016) (in press).
  21. One-Processor Timings on the Lennard-Jones Liquid Benchmark.
    http://lammps.sandia.gov/bench/lj_one.html . Cited October 30, 2015.
  22. D. Abdurachmanov, K. Arya, J. Bendavid, et al., “Explorations of the Viability of ARM and Xeon Phi for Physics Processing,” J. Phys.: Conf. Ser. 513 (2014).
    doi 10.1088/1742-6596/513/5/052008
  23. Supermicro - Ivy Bridge Based DCO SuperServer Power {&} Cost Savings.
    http://www.supermicro.com/white_paper/white_paper_Ivy-Bridge-Power.pdf . Cited October 30, 2015.
  24. Intel Xeon E5-2600 V3 Review: Haswell-EP Redefines Fast.
    http://www.tomshardware.com/reviews/intel-xeon-e5-2600-v3-haswell-ep, 3932-9.html . Cited October 30, 2015.
Получено редакцией: 2015-07-05
Принято в выпуск: 2015-08-01
Опубликовано: 2015-08-07
 Цитировать как   
Матвеев С.А. Параллельная реализация быстрого метода решения уравнений агрегационно-фрагментационной кинетики типа уравнений Смолуховского // Вычислительные методы и программирование. 2015. 16, № 3. 360–368. doi 10.26089/NumMet.v16r335.

TEX CODE:

Matveev S. , (2015) “A parallel implementation of a fast method for solving the Smoluchowski-type kinetic equations of aggregation and fragmentation processes,” Numerical Methods and Programming, vol. 16, no. 3, pp. 360–368. https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r335

TEX CODE:

S. Matveev, “A parallel implementation of a fast method for solving the Smoluchowski-type kinetic equations of aggregation and fragmentation processes,” Numerical Methods and Programming 16, no. 3 (2015): 360–368, https://doi.org/10.26089/NumMet.v16r335

TEX CODE:

Matveev S. A parallel implementation of a fast method for solving the Smoluchowski-type kinetic equations of aggregation and fragmentation processes. Numerical Methods and Programming. 2015;16(3):360–368.(In Russ.). DOI:10.26089/NumMet.v16r335

TEX CODE:

Рекомендованные статьи

Отображение проблем вычислительной математики на архитектуру вычислительных систем
В.В. Воеводин
Численное моделирование и компьютерный алгоритм процесса сегрегации легирующих примесей на границе волны окисления в полупроводниковых подложках
Г.А. Тарнавский, С.И. Шпак, М.С. Обрехт
Численное моделирование задачи динамики роста пленки окисла в полупроводниковых подложках на основе геометрического подхода и метода Дила-Гроува
А.Л. Александров, Г.А. Тарнавский, С.И. Шпак, А.И. Гулидов, М.С. Обрехт
Электронные образовательные средства: новые идеи
В.В. Воеводин, Вл.В. Воеводин
Система поддержки метакомпьютерных расчетов X-Com: архитектура и технология работы
М.П. Филамофитский
Об одной задаче компьютерной томографии в волновом приближении
А.В. Гончарский, С.Ю. Романов
Обратная задача акустической диагностики трехмерных сред
А.В. Гончарский, С.Ю. Романов, С.А. Харченко
Опыт параллелизации вычислений при расчете отрывных течений на основе трехмерных нестационарных формулировок
Д.К. Зайцев, Е.М. Смирнов, Н.А. Щур, П.Е. Смирнов, С.А. Якубов
Параллельные вычисления в задачах моделирования климата и прогноза погоды
Е.М. Володин, М.А. Толстых
Опыт использования параллельных алгоритмов в спектральной модели среднесрочного прогноза погоды Гидрометцентра России
Е.Д. Астахова, Ю.В. Алферов
Диагностика трехмерных сред методами синтезированной апертуры
Г.М. Агаян, Н.С. Виноградов, А.В. Гончарский, С.Л. Овчинников, С.Ю. Романов
Численное моделирование усиления ударных волн в пузырьковом шнуре на суперЭВМ
В.А. Вшивков, В.Д. Корнеев, Г.Г. Лазарева
Параллельный глобальный поиск равновесных ситуаций в биматричных играх
И.Л. Васильев, К.Б. Климентова, А.В. Орлов
Применение параллельных алгоритмов для решения задачи фильтрации жидкости в трещиновато-пористом пласте к скважинам со сложной траекторией
Д.А. Губайдуллин, Р.В. Садовников
Интегрирование трехмерных уравнений невязкого газа на неструктурированной сетке с применением распределенных вычислений
Н.М. Евстигнеев
Математическое моделирование: основные сегменты, их особенности и проблемы
Г.А. Тарнавский, А.В. Алиев
Алгоритмы распараллеливания на сгущающихся сетках в задачах трехфазной фильтрации жидкостей
Д.А. Губайдуллин, А.И. Никифоров, А.В. Цепаев
Разработка и реализация алгоритмов численного решения задач механики жидкости и газа
К.Н. Волков
Моделирование экстремальных явлений в атмосфере и океане как задача высокопроизводительных вычислений
А.В. Бухановский, С.В. Иванов, С.В. Ковальчук, Л.И. Лопатухин, О.И. Зильберштейн, С.К. Попов, М.М. Чумаков
Применение параллельного предобусловливателя CPR к задаче фильтрации вязкой сжимаемой жидкости в пористой среде
К.Ю. Богачев, И.Г. Горелов
О пространственной аппроксимации методом подсеток для задачи фильтрации вязкой сжимаемой жидкости в пористой среде
К.Ю. Богачев, Н.С. Мельниченко
Об одном подходе к решению обратных задач вычислительной диагностики на высокопроизводительных ЭВМ
А.В. Гончарский
Организация параллельных вычислений при решении обратной задачи волновой диагностики
С.Л. Овчинников, С.Ю. Романов
Оценка минимальных требований к аппаратуре и топологии при построении высокоскоростных коммуникационных сетей для суперкомпьютеров с общей памятью
А.А. Корж, Д.В. Макагон
Использование графических процессоров и технологии CUDA для задач молекулярной динамики
А.С. Боярченков, С.И. Поташников
Комбинированная MPI+threads параллельная реализация метода блоков для моделирования тепловых процессов в структурно-неоднородных средах
Д.Б. Волков-Богородский, Г.Б. Сушко, С.А. Харченко
Библиотека шаблонов итерационных методов подпространств Крылова для численного решения задач механики сплошных сред на гибридной вычислительной системе
Д.А. Губайдуллин, А.И. Никифоров, Р.В. Садовников
Комплекс программ параллельной декомпозиции сеток
Е.Н. Головченко
Некоторые технологические аспекты применения высокопроизводительных вычислений на графических процессорах в прикладных программных системах
М.Р. Галимов, Е.В. Биряльцев
Суперкомпьютерное образование: третья составляющая суперкомпьютерных технологий
Вл.В. Воеводин, В.П. Гергель
Применение HPC-технологий для решения пространственных задач мультифизики
В.А. Васильев, А.Ю. Ницкий, М.В. Крапошин, А.В. Юскин
Об одной задаче ультразвуковой томографии
А.В. Гончарский, С.Ю. Романов
Синтез волноведущих систем на основе фотонных кристаллов
Ю.С. Дементьева
Об особенностях использования архитектуры гетерогенного кластера для решения задач механики сплошных сред
Д.А. Губайдуллин, А.И. Никифоров, Р.В. Садовников
Об одном подходе к мониторингу, анализу и визуализации потока заданий на кластерной системе
А.В. Адинец, П.А. Брызгалов, Вад.В. Воеводин, С.А. Жуматий, Д.А. Никитенко
Особенности проведения экзафлопс-расчетов в физике плазмы
В.А. Вшивков, А.В. Снытников
Трехмерное моделирование двухфазных систем типа жидкость-пар методом решеточных уравнений Больцмана на GPU
А.Л. Куперштох
Суперкомпьютерные технологии в разработке методов решения обратных задач в УЗИ-томографии
А.В. Гончарский, С.Ю. Романов
Высокопроизводительные вычисления в моделировании динамики и сейсмичности систем тектонических плит
Л.А. Мельникова, В.Л. Розенберг
Разработка высокоэффективных масштабируемых программ в задаче ультразвуковой томографии
Вад.В. Воеводин, С.Л. Овчинников, С.Ю. Романов
Безградиентная параллельная оптимизация геометрии кластера Bi 3+ 5 и его люминесцентные свойства
А.Н. Романов, В.Б. Сулимов, И.В. Офёркин, А.В. Сулимов, Е.Д. Масленников
Квантово-химическая оценка фторкислотности как метод определения условий стабилизации субвалентных форм висмута во фторидных стеклах
О.А. Кондакова, А.Н. Романов, В.Б. Сулимов, Е.Д. Масленников
Трехмерное моделирование методом LBE на гибридных GPU-кластерах распада бинарной смеси жидкого диэлектрика с растворенным газом на систему парогазовых каналов
А.Л. Куперштох
Моделирование многокомпонентных гидродинамических течений с использованием адаптивных сеток
М.Е. Поварницын, А.С. Захаренков, П.Р. Левашов, К.В. Хищенко
Организация параллельных вычислений для моделирования сейсмических волн с использованием аддитивного метода Шварца
М.А. Белоносов, С.А. Соловьёв, В.А. Чеверда, К. Костов, Г.В. Решетова
Ab initio молекулярная динамика: перспективы использования многопроцессорных и гибридных суперЭВМ
П.А. Жиляев, В.В. Стегайлов
Программная система «ВИГОЛТ» для решения задач оптимизации, возникающих в транспортной логистике
Д.С. Бухаров, А.Л. Казаков
Моделирование трехмерных течений методом расщепления с использованием параллельной архитектуры ГПУ
С.Б. Березин, В.М. Пасконов, Н.А. Сахарных
Построение коллизии для 75-шаговой версии хеш-функции SHA-1 с использованием ГПУ-кластеров
Е.А. Гречников, А.В. Адинец
Параллельный программный комплекс NOISETTE для крупномасштабных расчетов задач аэродинамики и аэроакустики
И.В. Абалакин, А.В. Горобец, А.П. Дубень, Т.К. Козубская, П.А. Бахвалов
HOPLANG: развитие языка обработки потоков данных мониторинга
А.В. Адинец, П.А. Брызгалов, Вад.В. Воеводин, С.А. Жуматий, Д.А. Никитенко, К.С. Стефанов
Job Digest: подход к исследованию динамических свойств задач на суперкомпьютерных системах
А.В. Адинец, П.А. Брызгалов, Вад.В. Воеводин, С.А. Жуматий, Д.А. Никитенко, К.С. Стефанов
Математическое моделирование условий формирования заморов в мелководных водоемах на многопроцессорной вычислительной системе
А.И. Сухинов, А.В. Никитина, А.Е. Чистяков, И.С. Семенов
Методы деформирования сеток в сопряженных задачах
C.П. Копысов, И.М. Кузьмин
О распараллеливании вычислений в вихревом методе решения задач аэродинамики
А.А. Апаринов, А.В. Сетуха
Трехмерное моделирование динамики деформируемых капель эмульсии методом граничных элементов и быстрым методом мультиполей на гетерогенных вычислительных системах
О.А. Абрамова, Ю.А. Иткулова, Н.А. Гумеров, И.Ш. Ахатов
О применимости послойных моделей в решении трехмерных задач ультразвуковой томографии
Г.М. Агаян, Вад.В. Воеводин, С.Ю. Романов
Эвристические алгоритмы отображения параллельных MPI-программ на мультикластерные вычислительные и GRID-системы
М.Г. Курносов, А.А. Пазников
Автоматизация поиска ошибок и неэффективностей в параллельных программах
А.С. Антонов, Вад.В. Воеводин, С.А. Жуматий, Д.А. Никитенко, К.С. Стефанов, П.А. Швец
Параллельные алгоритмы решения уравнения Пуассона при дискретизации по шаблону «косой крест» в областях с обратной ступенькой
А.М. Рязанов, С.А. Финогенов
Система автоматизированного поиска ошибок и неэффективностей в параллельных программах
Д.Ю. Андреев, А.С. Антонов, Вад.В. Воеводин, С.А. Жуматий, Д.А. Никитенко, К.С. Стефанов, П.А. Швец
Параллельная реализация алгоритма градиентного бустинга деревьев решений
П.Н. Дружков
Применение планировщика для эффективного обмена данными на суперкомпьютерах гибридной архитектуры с массивно-параллельными ускорителями
П.Б. Богданов, А.А. Ефремов, С.А. Суков, А.В. Горобец
Быстрый метод решения уравнений агрегационно-фрагментационной кинетики типа уравнений Смолуховского
С.А. Матвеев, Е.Е. Тыртышников, А.П. Смирнов, Н.В. Бриллиантов
Параллельная CUDA-реализация алгоритма сопоставления стереоизображений
В.А. Фурсов, Е.В. Гошин, А.П. Котов
Разработка пакета программ для трехмерного численного моделирования многофазных многокомпонентных течений в атомной энергетике
С.В. Дьяченко
Моделирование динамики пузырьков в трехмерных потенциальных течениях на гетерогенных вычислительных системах быстрым методом мультиполей и методом граничных элементов
Ю.А. Иткулова, О.А. Абрамова, Н.А. Гумеров, И.Ш. Ахатов
Автоматическое определение и описание сетевой инфраструктуры суперкомпьютеров
Вад.В. Воеводин, К.С. Стефанов
Об одном подходе к сравнению масштабируемости параллельных программ
А.М. Теплов
Параллельное формирование предобусловливателя, основанного на аппроксимации обращения Шермана-Моррисона
Н.С. Недожогин, C.П. Копысов, А.К. Новиков
Открытая энциклопедия свойств алгоритмов AlgoWiki: от мобильных платформ до экзафлопсных суперкомпьютерных систем
Вл.В. Воеводин
Стохастическая модификация сферической блоковой модели динамики и сейсмичности литосферы
Л.А. Мельникова, В.Л. Розенберг
Суперкомпьютерное молекулярное моделирование термодинамического равновесия в микросистемах газ-металл
В.О. Подрыга, С.В. Поляков, Д.В. Пузырьков
О реализации вихревых методов моделирования двумерных течений несжимаемой среды с использованием технологии CUDA
С.Р. Гречкин-Погребняков, К.С. Кузьмина, И.К. Марчевский
Гибридный эвристический параллельный метод глобальной оптимизации
К.В. Пушкарев, В.Д. Кошур
Параллельная оптимизация метода решения системы уравнений полярона с использованием алгоритма разбиений
А.В. Волохова, Е.В. Земляная, В.С. Рихвицкий
Пакет параллельной декомпозиции больших сеток GridSpiderPar
Е.Н. Головченко, М.В. Якобовский
Новые подходы к построению высокоэффективных параллельных алгоритмов для численного решения краевых задач на структурированных сетках
В.М. Волохов, С.И. Мартыненко, П.Д. Токталиев, Л.С. Яновский, А.В. Волохов
Параллельные вычисления на гибридной вычислительной системе в задачах двухфазной фильтрации
А.И. Никифоров, Р.В. Садовников
Эффективный разностный метод численного решения уравнений агрегации с учетом трехчастичных столкновений
Д.А. Стефонишин, С.А. Матвеев, А.П. Смирнов, Е.Е. Тыртышников
Параллельные вычисления в гидрогеологическом расчетном коде GeRa: организация и эффективность
И.В. Капырин, И.Н. Коньшин, Г.В. Копытов, В.К. Крамаренко
Тензорные разложения для решения уравнений математических моделей агрегации, допускающих многочастичные столкновения
Д.А. Стефонишин, С.А. Матвеев, А.П. Смирнов, Е.Е. Тыртышников
Метод балансировки нагрузки вычислений с использованием кривых Гильберта применительно к параллельному алгоритму решения уравнений мелкой воды
А.В. Чаплыгин, Н.А. Дианский, А.В. Гусев
Всесторонний анализ качества работы больших суперкомпьютерных комплексов
В.В. Воеводин
Параллельный предобусловливатель на основе степенного разложения обратной матрицы для решения разреженных линейных систем на графических процессорах
А.В. Юлдашев, Н.В. Репин, В.В. Спеле
Возможности многоядерных процессоров MALT в задачах обработки изображений
Н.Г. Михеев, В.А. Антонюк, С.Г. Елизаров, Г.А. Лукьянченко
Параллельные алгоритмы решения задачи динамики изменения рельефа дна в прибрежных системах
В.В. Сидорякина, А.И. Сухинов, А.Е. Чистяков, Е.А. Проценко, C.B. Проценко
Опыт применения механизма областей для поэтапного распараллеливания программных комплексов с помощью системы SAPFOR
А. С. Колганов
Об одном итерационном методе решения задач линейного программирования на кластерных вычислительных системах
Л.Б. Соколинский, И.М. Соколинская
Исследование эффективности распараллеливания расчета движения подвижных тел и свободных поверхностей во FlowVision на компьютерах с распределенной памятью
А.А. Аксенов, А.А. Дядькин, С.А. Харченко
Параллельная молекулярная динамика с суммированием Эвальда и интегрированием на графических процессорах
А.С. Боярченков, С.И. Поташников
Интегрирование уравнения Пуассона с использованием графического процессора технологии CUDA
Н.М. Евстигнеев
Алгоритмы оптимизации вычислений методом ПСМ на параллельных вычислительных кластерах
П.В. Ващенков, А.В. Кашковский, М.С. Иванов
Реализация алгоритма решения несимметричных систем линейных уравнений на графических процессорах
С.Н. Чадов
Преобразование последовательных Fortran-программ для их распараллеливания на гибридные кластеры в системе SAPFOR
А. С. Колганов, Г. Д. Гусев
О реализации параллельного алгоритма глобальной оптимизации с использованием набора инструментов Intel oneAPI
И. Г. Лебедев, К. А. Баркалов, Я. В. Силенко
Параллельная реализация алгоритма восстановления сейсмического источника по серии статистически идентичных моделей среды с применением Fortran Coarray
В. В. Койнов
Создание переносимого программного комплекса для мониторинга и анализа производительности суперкомпьютерных приложений
В. В. Воеводин, К. С. Стефанов
Валидационные расчеты задач гемодинамики с использованием программного комплекса FlowVision в режиме распараллеливания
М. Д. Калугина, В. С. Каширин, А. И. Лобанов
Реализация преобразования удаления приватных переменных в последовательных Fortran-программах для их эффективного распараллеливания на вычислительные кластеры в системе SAPFOR
А. С. Колганов, Г. Д. Гусев
Сравнение подходов к динамической адаптации расчетной сетки на распределенной вычислительной системе
А. А. Бай, С. К. Григорьев