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GPU加速更快的AMBER模擬

在分子動(dòng)力學(xué)中，AMBER是用來(lái)模擬生物催化和藥物與受體蛋白相互作用的關(guān)鍵應(yīng)用。AMBER的一個(gè)特色是有能力使用NVIDIA GPU來(lái)大規(guī)模地加速?gòu)?fù)雜的分子模擬。這大大提升了采樣效率，提高了研究的準(zhǔn)確性，使得更先進(jìn)的科學(xué)變成可能，加速了研究的進(jìn)程。

為AMBER定制的GPU系統(tǒng)

AMBER GPU發(fā)展背后的主要驅(qū)動(dòng)力已經(jīng)把超級(jí)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大性能轉(zhuǎn)移到個(gè)人臺(tái)式電腦上，并且價(jià)格實(shí)惠，而且提高了效率，為廣大的研究人員受益而設(shè)計(jì)的。

這些機(jī)器為AMBER模擬提供了最佳的解決方案，預(yù)裝最新的版本，準(zhǔn)備隨時(shí)運(yùn)行并且提供可靠的性能。這為科學(xué)家購(gòu)置最佳的工作站和集群來(lái)運(yùn)行GPU AMBER（普通的CPU  AMBER模擬也可以）提供了一個(gè)解決方案。

AMBER 16 優(yōu)化

 為AMBER定制的AMBER MD工作站和集群，除了使用定制的GPU驗(yàn)證套件來(lái)驗(yàn)證數(shù)值，還提供了一個(gè)優(yōu)化的版本AMBER 16，是由AMBER主要開(kāi)發(fā)者Ross Walker，NVIDIA合作開(kāi)發(fā)的。這些優(yōu)化和容天硬件以及NVIDIA Maxwell（GTX 1080, Titan X, M40 and M60）的結(jié)合為所有的AMBER PMEMD GPU模擬，顯式溶劑和隱式溶劑提供了優(yōu)越的性能，比其他廠(chǎng)商提供的按位相同的結(jié)果的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要快15%到25%。

為AMBER定制的MD系統(tǒng)預(yù)覽

1、為滿(mǎn)足原子論的分子動(dòng)力學(xué)模擬而設(shè)計(jì)

2、保證經(jīng)過(guò)優(yōu)化能夠滿(mǎn)足或者超過(guò)公布的性能數(shù)據(jù)

3、預(yù)裝的AMBER GPU計(jì)算解決方案

4、包括樣本工作提交腳本，基準(zhǔn)測(cè)試，充分驗(yàn)證的測(cè)試套件和最新的軟件補(bǔ)丁的快速實(shí)現(xiàn)

5、節(jié)省安裝，優(yōu)化，基準(zhǔn)測(cè)試和驗(yàn)證的時(shí)間，以便做更多的科學(xué)研究

6、完全可定制，以滿(mǎn)足您的預(yù)算

GPU加速更快的VASP模擬

在全球各地的超級(jí)計(jì)算機(jī)中占據(jù)15%的運(yùn)算周期、在材料研究領(lǐng)域中最受歡迎的應(yīng)用VASP，得益于NVIDIA GPU加速的支持，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)密度泛函和雜化泛函計(jì)算性能測(cè)試時(shí)，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1.4-8 倍加速！

無(wú)論是量子信息處理、能源催化劑、新型藥物、高分子聚合物，還是光敏器件或者是太陽(yáng)能電池等一系列新材料的研究，都需要使用第一性原理來(lái)模擬材料特性。在材料研究領(lǐng)域中，VASP 是最受歡迎的量子化學(xué)軟件，它在國(guó)內(nèi)外具有廣泛用戶(hù)群，在全球各地的超級(jí)計(jì)算機(jī)中占據(jù)15%的運(yùn)算周期。

材料科學(xué)最受歡迎！VASP：從原子級(jí)建模&模擬

VASP 全稱(chēng)“Vienna Ab Initio Simulation Program”，它能夠?qū)Ω鞣N材料進(jìn)行原子級(jí)建模，并模擬各項(xiàng)數(shù)據(jù)，幫助研究人員更好地掌握材料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其特性，以開(kāi)發(fā)出更堅(jiān)固、更具適應(yīng)性，或是專(zhuān)門(mén)用于特定方面的材料，如電子設(shè)備、催化劑和磁性材料，到玻璃、相較、金屬、陶瓷燈等等。

一直以來(lái)，VASP只能運(yùn)行于采用CPU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)在已遇到可擴(kuò)展性瓶頸，絕對(duì)計(jì)算時(shí)間存在上限，無(wú)法利用更多的 CPU 加速。

GPU加速VASP的計(jì)算

基于贗勢(shì)的密度泛函和雜化泛函是 VASP 最常用的方法，廣泛用于多體薛定諤方程自洽計(jì)算和量子分子動(dòng)力學(xué)。

在傳統(tǒng)的純CPU系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)百原子的系統(tǒng)，求解多體薛定諤方程，尤其采用雜化泛函計(jì)算時(shí)，總體計(jì)算時(shí)間往往達(dá)數(shù)周，即使采用多節(jié)點(diǎn)集群計(jì)算，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和延遲問(wèn)題，總體計(jì)算時(shí)間也沒(méi)有得到明顯提升，制約了新材料研發(fā)進(jìn)展。

通過(guò)與諸多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)協(xié)作，NVIDIA 在今年年初順利完成了 GPU 加速版VASP。通過(guò)對(duì)原有包含 FFT 和 BLAS 算法以 cuFFT 和 cuBLAS 替代，新算法能夠完全適合 GPU 硬件架構(gòu)，充分發(fā)揮 GPU 的計(jì)算潛力。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)密度泛函和雜化泛函計(jì)算也均得到了 GPU 支持。

為VASP定制的系統(tǒng)，帶來(lái)最高8倍性能提升

作為NVIDIA在中國(guó)最重要的戰(zhàn)略合作伙伴之一，鑫昊翔科技通過(guò)分析 VASP 異構(gòu)計(jì)算特點(diǎn)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了可靠的集群解決方案，在 CPU 和 GPU 運(yùn)行能力、內(nèi)存數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與帶寬上達(dá)到最佳匹配。

該集群解決方案為每節(jié)點(diǎn)配置兩塊Tesla K40 GPU加速器，并通過(guò)EDR InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)縮短 GPU 間的通信延時(shí)，增加通信帶寬，從硬件層面進(jìn)一步壓縮軟件的通信時(shí)間。

最終，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)密度泛函和雜化泛函計(jì)算性能測(cè)試時(shí)，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1.4-8 倍加速！

其中，對(duì)于 256 原子（ 9K 點(diǎn)） GaAsBi 體系標(biāo)準(zhǔn)密度泛函計(jì)算，在最重要的絕對(duì)計(jì)算時(shí)間上，單節(jié)點(diǎn)兩顆E5 2660 V3 CPU 共 16 核心計(jì)算耗時(shí) 7546 秒，使用 8 個(gè) MPI 進(jìn)程和兩顆Tesla K40 GPU 計(jì)算耗時(shí) 1242 秒，達(dá)到6 倍加速！

可以預(yù)見(jiàn)，對(duì)于大型集群來(lái)說(shuō)，多 GPU 系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)更加顯著的提速。

雜化泛函計(jì)算采用 63 原子、 192 能帶和 4K 點(diǎn) MgO 體系， 16 個(gè) CPU 核心自洽計(jì)算耗時(shí) 900 秒，使用 4 個(gè) MPI 進(jìn)程和兩顆 Tesla K40 GPU 自洽計(jì)算耗時(shí) 640 秒。

為VASP定制的系統(tǒng)預(yù)覽

1、為滿(mǎn)足原子論的分子動(dòng)力學(xué)模擬而設(shè)計(jì)

2、保證經(jīng)過(guò)優(yōu)化能夠滿(mǎn)足或者超過(guò)公布的性能數(shù)據(jù)

3、預(yù)裝的VASP GPU計(jì)算解決方案

4、包括樣本工作提交腳本，基準(zhǔn)測(cè)試，充分驗(yàn)證的測(cè)試套件和最新的軟件補(bǔ)丁的快速實(shí)現(xiàn)

5、節(jié)省安裝，優(yōu)化，基準(zhǔn)測(cè)試和驗(yàn)證的時(shí)間，以便做更多的科學(xué)研究

6、完全可定制，以滿(mǎn)足您的預(yù)算