面向 FPGA 集群上 OpenCL 分子动力学的粒子网格 Ewald 方法
硬件体系结构
2021-04-06 v4 分布式、并行与集群计算
摘要
分子动力学(MD)仿真在物理驱动的药物发现中起着核心作用。MD 应用常使用粒子网格 Ewald (PME) 算法来加速静电力计算，但由于分布式三维 FFT 的高通信需求，高效并行化一直很困难。在本文中，我们提出一种可扩展 PME 算法的设计与实现，该算法运行于 Intel Stratix 10 FPGA 集群上，并能处理适用于实际药物发现项目的 FFT 规模(网格高达 )。据我们所知，这是首个将 PME 算法所有方面(电荷扩散、三维 FFT/IFFT 和力插值)完全集成于分布式 FPGA 框架的工作。该设计完全用 OpenCL 实现以保证灵活性与开发便捷，并使用 100 Gbps 链路进行直接的 FPGA 间通信而无需主机交互。我们给出了多达 4 个 FPGA 的实验数据(例如，65536 原子仿真和 三维 FFT 下每时间步 206 微秒)，优于 GPU。此外，我们讨论了在拓扑各异、多达 64 个 FPGA 的集群上的设计可扩展性(预期性能超过所有已知 GPU 实现)，以及与其他硬件组件集成以形成完整分子动力学应用。我们预测在 64 个 FPGA 上每时间步最佳情况性能为 6.6 微秒。
引用
@article{arxiv.2009.12617,
title = {Particle Mesh Ewald for Molecular Dynamics in OpenCL on an FPGA Cluster},
author = {Lawrence C. Stewart and Carlo Pascoe and Brian W. Sherman and Martin Herbordt and Vipin Sachdeva},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.12617},
year = {2021}
}
备注
Accepted as a poster at FCCM21