Уткин А.В.   Фомин В.М.   Ожгибесов М.С.  

Применение технологий CUDA и MPI к решению задач молекулярной динамики.

Докладчик: Уткин А.В.

Одним из наиболее сложных моментов при выполнении моделирования в рамках метода молекулярной динамики является значительное расчетное время задачи даже для сравнительно небольших систем атомов. На сегодняшний день существуют два основных способа решения данной проблемы. Первый способ состоит в использовании и создании высокоэффективных параллельных масштабируемых кодов с использованием программного интерфейса MPI (Message Passing Interface - интерфейс передачи сообщений) для высокопроизводительных параллельных кластеров с разделенной памятью. Вторым перспективным направлением является создание параллельных алгоритмов и кодов, которые позволят проводить вычисления с использованием графических процессоров общего назначения компании NVIDIA, поддерживающих технологию CUDA. Использование этих методик позволяет изучать системы, состоящие из миллионов атомов, т.е. имеющие качественно иной масштаб, по сравнению с системами, динамика которых рассчитывается на персональных компьютерах.
Появление гетерогенных вычислительных кластеров обусловило необходимость создания новых алгоритмов и кодов, которые используют технологию CUDA для проведения трудоемких расчетов, а для связи между различными GPU, физически принадлежащих разным узлам кластера, используется технология MPI. Был создан гибридный алгоритм, который позволил объединить эти подходы в одной программе. Был проведен подробный анализ разработанных кодов и определены оптимальные условия использования каждого подхода (MPI, CUDA или гибрид MPI-CUDA).