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4. Gromacs-2021.3 (比较GPU队列)

说明：

使用HPCC的Singularity容器解决方案，调用/fs00/software/singularity-images/ngc_gromacs_2021.3.sif完成Gromacs的能量最小化（em）、平衡模拟（nvt、npt）以及成品模拟（md）在公共共享100%GPU队列722080tiib、72rtxib、83a100ib、723090ib的表现。

队列情况：

队列 节点数 每节点CPU 每节点内存(GB) 平均每核内存(GB) CPU主频(GHz) 每节点GPU数量 每GPU显存(GB)** 浮点计算理论峰值(TFLOPS)
83a100ib 1 64 512 8 2.6 8 40 双精度：82.9248
--- --- --- --- --- --- --- --- ---
723090ib 2 48 512 10.7 2.8 8 24 双精度：4.3008单精度：569.280
722080tiib 4 16 128 8.0 3.0 4 11 双精度：3.072单精度：215.168
72rtxib 3 16 128 8.0 3.0 4 24 双精度：2.304单精度：195.744

前人关于Gromacs-2021.3(全部相互作用用GPU计算)的测试报告中，尝试用GPU来模拟102808个原子体系（464 residues, 9nt DNA, 31709 SOL, 94 NA, 94 CL）50 ns内所有相互作用的运算，结果表明83a100ib（250 ns/day以上）＞723090ib（220 ns/day以上）＞722080tiib（170 ns/day以上）＞72rtxib（180 ns/day以上），但83a100ib和723090ib队列常年存在80以上的NJOBS，因此作为成品模拟的前期准备，通常不使用这两个队列。

文件位置：

/fs00/software/singularity-images/ngc\_gromacs\_2021.3.sif

提交代码：

能量最小化（em.lsf）

#BSUB -q 72rtxib

#BSUB -gpu "num=2"

module load singularity/latest

export OMP\_NUM\_THREADS=`echo $LSB_HOSTS | awk '{print NF}'`

SINGULARITY="singularity run --nv /fs00/software/singularity-images/ngc\_gromacs\_2021.3.sif"

${SINGULARITY} gmx grompp -f minim.mdp -c 1aki\_solv\_ions.gro -p topol.top -o em.tpr

${SINGULARITY} gmx mdrun -nb gpu -ntmpi 2 -deffnm em

平衡模拟（nvt）

#BSUB -q 722080tiib

#BSUB -gpu "num=2"

module load singularity/latest

export OMP\_NUM\_THREADS=`echo $LSB_HOSTS | awk '{print NF}'`

SINGULARITY="singularity run --nv /fs00/software/singularity-images/ngc\_gromacs\_2021.3.sif"

${SINGULARITY} gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p topol.top -o nvt.tpr

${SINGULARITY} gmx mdrun -nb gpu -ntmpi 2 -deffnm nvt

平衡模拟（npt）

#BSUB -q 722080tiib

#BSUB -gpu "num=2"

module load singularity/latest

export OMP\_NUM\_THREADS=`echo $LSB_HOSTS | awk '{print NF}'`

SINGULARITY="singularity run --nv /fs00/software/singularity-images/ngc\_gromacs\_2021.3.sif"

${SINGULARITY} gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -t nvt.cpt -p topol.top -o npt.tpr

${SINGULARITY} gmx mdrun -nb gpu -ntmpi 2 -deffnm npt

成品模拟（md）

#BSUB -q 723090ib

#BSUB -gpu "num=4"

module load singularity/latest

export OMP\_NUM\_THREADS=`echo $LSB_HOSTS | awk '{print NF}'`

SINGULARITY="singularity run --nv /fs00/software/singularity-images/ngc\_gromacs\_2021.3.sif"

${SINGULARITY} gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -o md\_0\_1.tpr

${SINGULARITY} gmx mdrun -nb gpu -bonded gpu -update gpu -pme gpu -pmefft gpu -deffnm md\_0\_1

软件信息：

GROMACS version: 2021.3-dev-20210818-11266ae-dirty-unknown

Precision: mixed

Memory model: 64 bit

MPI library: thread\_mpi

OpenMP support: enabled (GMX\_OPENMP\_MAX\_THREADS = 64)

GPU support: CUDA

SIMD instructions: AVX2\_256

FFT library: fftw-3.3.9-sse2-avx-avx2-avx2\_128-avx512

CUDA driver: 11.20

CUDA runtime: 11.40

测试算例：

ATOM 218234 (401 Protein residues, 68414 SOL, 9 Ion residues)

nsteps = 100000000 ; 200 ns

eScience中心GPU测试： 能量最小化（em）、平衡模拟（nvt、npt）使用两个GPU进行模拟，成品模拟（md）使用四个GPU进行模拟。

任务1 em nvt npt md
72rtxib 722080tiib 722080tiib 723090ib
CPU time 1168.45 13960.33 42378.71 117.428 ns/day0.204 hour/ns
Run time 79 1648 5586
Turnaround time 197 1732 5661
任务2 em ** nvt ** ** npt ** ** md**
72rtxib 722080tiib 72rtxib 722080tiib
CPU time 1399.30 15732.66 40568.04 106.862 ns/day0.225 hour/ns
Run time 93 1905 5236
Turnaround time 181 1991 5479
任务** 3 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
72rtxib 72rtxib 72rtxib 72rtxib
CPU time 1368.11 5422.49 5613.74 103.213 ns/day0.233 hour/ns
Run time 92 355 366
Turnaround time 180 451 451
任务** 4 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
72rtxib 72rtxib 72rtxib 722080tiib
CPU time 1321.15 5441.60 5618.87 111.807 ns/day0.215 hour/ns
Run time 89 356 369
Turnaround time 266 440 435
任务** 5 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
72rtxib 72rtxib 72rtxib 72rtxib
CPU time 1044.17 5422.94 5768.44 110.534 ns/day0.217 hour/ns
Run time 72 354 380
Turnaround time 162 440 431
任务** 6 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
723090ib 723090ib 723090ib 723090ib
CPU time 1569.17 7133.74 6677.25 114.362 ns/day0.210 hour/ns
Run time 81 326 325
Turnaround time 75 320 300
任务** 7 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
723090ib 723090ib 723090ib 722080tiib
CPU time 1970.56 5665.71 6841.73 111.409 ns/day0.215 hour/ns
Run time 91 253 327
Turnaround time 123 251 328
任务** 8 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
72rtxib 72rtxib 72rtxib 72rtxib
CPU time 1234.24 5540.59 5528.91 114.570 ns/day0.209 hour/ns
Run time 108 363 370
Turnaround time 85 364 363
任务** 9 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
723090ib 723090ib 723090ib 723090ib
CPU time 2016.10 7633.83 7983.58 115.695 ns/day0.207 hour/ns
Run time 93 342 361
Turnaround time 130 377 356
任务** 10 ** ** em ** ** nvt ** ** npt ** ** md**
723090ib 723090ib 723090ib 72rtxib
CPU time 1483.84 7025.65 7034.90 102.324 ns/day0.235 hour/ns
Run time 68 317 333
Turnaround time 70 319 316

结论：

  1. 能量最小化（em）在任务较少的722080tiib和72rtxib队列中，Run time分别为88.83 ± 12.45和83.25 ± 11.44 s;

  2. 平衡模拟（nvt）任务在722080tiib、72rtxib和723090ib队列中，Run time分别为1776.50 ± 181.73、357.00 ± 4.08和309.50 ± 39.06 s；

  3. 平衡模拟（npt）任务在722080tiib、72rtxib和723090ib队列中，Run time分别为5411.00 ± 247.49、371.25 ± 6.08和336.50 ± 16.68 s；

  4. 成品模拟（md）任务在722080tiib、72rtxib、和723090ib队列中，性能表现差别不大，分别为110.03 ± 55.06、115.83 ± 57.93和107.66 ± 5.90 ns/day，723090ib队列性能表现更为稳定。

  5. 综上，建议在能量最小化（em）、平衡模拟（nvt、npt）等阶段 使用排队任务较少的** 72rtxib **队列 ，建议在成品模拟（md）阶段按照任务数量（从笔者使用情况来看，排队任务数量72rtxib＜722080tiib＜723090ib＜83a100ib）、GPU收费情况（校内及协同创新中心用户：72rtxib队列1.8 元/卡/小时=0.45元/核/小时、722080tiib队列1.2 元/卡/小时=0.3元/核/小时、723090ib队列1.8 元/卡/小时=0.3元/核/小时、83a100ib队列4.8 元/卡/小时=0.3元/核/小时）适当考虑队列。

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