FPGA 加速分子动力学仿真的可行性研究
分布式、并行与集群计算
2018-08-14 v1 性能
计算物理
摘要
经典分子动力学（MD）仿真是生命科学与材料科学的重要工具，因为它们允许详细研究化学与生物过程。然而，粒子-粒子相互作用固有的可扩展性问题以及后续时间步的序列依赖性使得 MD 计算密集且难以扩展。为此，人们反复提出专门的基于 FPGA 的加速器以缓解该问题。然而，迄今为止领先的 MD 仿真软件包均未完全支持 FPGA 加速，且 GPU 与 FPGA 加速代码的直接比较一直难以实现。本报告旨在通过比较 GPU 密集计算节点上的实测应用性能与基于 FPGA 的单节点系统的性能和成本估算来澄清此问题。我们的结果表明，基于 FPGA 的系统确实可以胜过类似配置的基于 GPU 的系统，但由于主机上的软件开销，整体应用级加速仍维持在 2 倍左右。考虑到 GPU 与 FPGA 方案的价格，我们注意到基于 GPU 的方案提供了更好的性价比权衡，因此纯 FPGA 方案可能不具备商业可行性。不过我们也指出，规模化的多节点系统可能从混合构成中受益，其中 GPU 用于计算密集型部分，FPGA 用于延迟和通信敏感任务。
引用
@article{arxiv.1808.04201,
title = {On the Feasibility of FPGA Acceleration of Molecular Dynamics Simulations},
author = {Michael Schaffner and Luca Benini},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.04201},
year = {2018}
}
备注
Technical Report, 16 Pages, 4 Tables, 5 Figures