Open source računalna kemija (drugi dio)

Prezentacija održana na LKLK konferenciji Linux korisnika 2014 u Rijeci, 25. listopada 2014. Više informacija: http://lklk.eu/

1. Open source računalna kemija (drugi dio) LKLK Konferencija Linux Korisnika 2014 Rijeka, 25. listopada 2014.
2. Vedran Miletić • Asistent na Odjelu za informatiku – Računalne mreže, Operacijski sustavi, ... – Dizajn biološki aktivnih molekula računalnim metodama (suradnja s Odjelom za biotehnologiju) • Vanjski suradnik na Tehničkom fakultetu – Računalne mreže • Student doktorskog studija na FER-u
3. Pregled pojmova • Znanstveno računanje – Matematičke operacije (većinom) na poljima – Model, implementacija, simulacija • CPU i GPU, GPU computing – Programabilni shaderi, Cg – NVIDIA CUDA i OpenCL • Višejezgreni i heterogeni procesori – Intel Core, AMD APU, NVIDIA Tegra K1
4. Paralelno programiranje • Simultano izvođenje više operacija • OpenMP • OpenACC • MPI • NVIDIA CUDA • OpenCL
5. Računarstvo visokih performansi • Računalni klaster: velik broj neovisnih računala • Top 500 superračunala na svijetu • Akceleratori (12.8% superračunala) – NVIDIA Tesla (9.1%) – Intel Xeon Phi (3.3%) – AMD FirePro (0.4%) • Operacijski sustavi: 97% Linux, 2.4% Unix, 0.4% Windows
6. Superračunalo TITAN Izvor: https://www.olcf.ornl.gov/titan/
7. Poboljšanje atomističkih simulacija • Povećanje sustava – 10 000 atoma postaje 100 000 atoma • Povećanje vremena – 10 ns postaje 100 ns • Povećanje energije – "Bolja fizika", "preciznija numerika" – Molekulska mehanika postaje kvantna mehanika • Moguća je kombinacija (pitanje omjera)
8. MM vs QM • Molekularna mehanika (MM) – Manja preciznost – Veća brzina izvođenja • Kvantna mehanika (QM) – Veća preciznost – Manja brzina izvođenja • Često se koristi hibridni pristup QM/MM
9. Podrška za GPU u MD softverima • AMBER • CHARMM • NAMD • LAMMPS • GROMACS • ACEMD • ... Izvor: http://www.nvidia.com/object/gpu-applications.html?mDicS
10. Paralelizacija u GROMACS-u • MPI • OpenMP • NVIDIA CUDA – Podržava multi-GPU • Preliminarno podržava OpenCL za Xeon Phi
11. Performanse GROMACS-a Izvor za obje slike: http://www.gromacs.org/GPU_acceleration
12. A više od jednog računala? Izvor: http://www.scalalife.eu/content/performance-validation-and-benchmarking
13. Naše iskustvo • Testni sustav 1: – AMD FX 8120 – 16 GB DDR3 – NVIDIA GeForce GTX 660 Twin Frozr • Testni sustav 2: – AMD FX 6100 – 8 GB DDR3 – 2 * NVIDIA GeForce GTX 480 • Izvođenje na 2 PC-a povezanih Fast i Gigabit Ethernetom
14. Podrška za GPU u QC softverima • Abinit • CP2K • GAMESS • Gaussian • NWChem • Quantum Espresso • ... Izvor: http://www.nvidia.com/object/gpu-applications.html?cCtrY
15. Kako odabrati QC softver? • Pitati kolege sa drugih instituta – "Mi koristimo Gaussian" – Nope.avi • Atkins 1 i Atkins 2 – Želimo li razvijati nove teorije? • List of QC and SSP software – #moderni #klinci #wikipedia – "CP2K ima sve Yes, mora da je ful dobar"
16. Stvarno, zašto CP2K? Izvor: http://cp2k.org/science
17. Opis CP2K "CP2K is a program to perform atomistic and molecular simulations of solid state, liquid, molecular, and biological systems."
18. Korištene fizikalne metode "It provides a general framework for different methods such as e.g., density functional theory (DFT) using a mixed Gaussian and plane waves approach (GPW) and classical pair and many-body potentials."
19. Programski jezik i licenca "CP2K is freely available under the GPL license. It is written in Fortran 95 and can be run efficiently in parallel."
20. Dokumentacija • http://manual.cp2k.org/ • http://cp2k.org/exercises • CECAM / HP2C 3rd CP2K Tutorial • NSCCS / ARCHER CP2K UK Workshop 2014
21. Algoritmi u CP2K • Podaci o atomima zapisani su u rijetkoj matrici • Rezultat zahtijeva računanje produkta matrica • Biblioteka DBCSR (Distributed Blocked Compressed Sparse Row) – CPU kod u Fortranu – GPU kod u CUDA C-u – Preliminarna podrška za Xeon Phi
22. Izvor: http://www.nanosim.mat.ethz.ch/research/CP2K CP2K Performanse
23. Efikasnost izvođenja "We usually run simulations like at 50% parallel efficiency just to reduce our waiting time from six months to one month." -- Joost VandeVondele, "Petascale resources and CP2K", http://youtu.be/teHVWKwBOTU @ 22:35
25. Je li to dovoljno jako? "Ne mogu oni kupiti toliko jako superračunalo koliko ja mogu staviti membrana." -- doc. dr. sc. Željko Svedružić
26. Naši planovi • Daljnja zamjena komercijalnih i besplatnih alata open source alternativama – primarno GROMACS i CP2K • Migracija nastave kolegija na Linux – Kemoinformatika (lakše) – Dizajn biološki aktivnih molekula računalnim metodama (teže) • Uključivanje u razvoj softvera – Prvi commitovi već ušli u GROMACS i CP2K
27. Hvala na pažnji! vmiletic@inf.uniri.hr