Parallelising Molecular Dynamics for Message Passing Systems Martin Gerber

Molekulardynamik-Simulation Vielteilchenwechselwirkung Summation der Teilkräfte Periodische Randbedingungen Koordinaten Wechselwirkung Integration t+t

Grössenordnungen Molekulare Systeme: »36000 Atome, cutoff 1.4nm, pro Atom ca. 500 Nachbarn Simulation 1 Zeitschritt: »real: · s »SunUltra30: 30s 1ns simulieren: 1/2 bis 2 Jahre

Motivation & Ziele Methodik und neue Verfahren für den Entwurf dedizierter paralleler Systeme è Spezialhardware? SMP? WS-Cluster? è Softwarentwicklung?

Inhalt MD-Algorithmen Exploration Codegenerierung Validierung Entwurf Spezifikation

Parallele MD Algorithmen Anwendbarkeit verschiedener Verfahren auf Gromos: »Particle Decomposition »Interaction Decomposition »Spatial Decomposition: l Domain Decomposition l Replicated Data l Systolic Loops Implementation eines Prototypen mit MPI

kubische Randbedingungen

Domain Decomposition für rechtwinklige Simulationsbox

Oktaedrische Randbedingungen è Replicated Data

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Spezifikationsmodell Kontroll-/Datenflussgraph für datenparallele Algorithmen (replicated data) Generische Modelle algorithmischer Funktionen: »Komplexität »I/O Bandbreite »Speicherbedarf Ausschnitt aus der Gromos96P Spezifikation (Pairlist Aufbau)

Gromos96P Kontrollfluss- Spezifikation (komplett)

l Punkt-zu-Punkt Kommunikation Architekturmodell Overhead Latenz Bandbreite l Performanzmodell für Rechenknoten »Rechenleistung »elementare Operationen blocking non-blocking

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Analytische Modelle Parallele Architekturen Parallele Architekturen Generische Funktionsmodelle Generische Funktionsmodelle Bindung: Quantitative Schätzung der Performanz Parallelisierungs- strategie Parallelisierungs- strategie FunktionenRechenknoten Ablaufplan Simulations- parameter Simulations- parameter

Untersuchte parallele Architekturen

Quantitative Speed-up Schätzung

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Softwarestruktur Ê viele Versionen derselben SW allgemeine SW: Ô spezialisiert zur Laufzeit Trennung von Algorithmus und Zielarchi- tektur: Ô Konfiguration zur Compile-Zeit

Neue Programmierumgebung Funktionen Interface CDFG Architektur Schedule Extraktion ausführbare Programme sequentiell & parallel

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Validierung Gromos96P Getestete Versionen: Datenkommunikation Barrier Synchronisation synchronasynchron einaus IBM SP Knoten Architekturen Workstation Cluster 1-5 Knoten Myrinet Fast Ethernet

kubische Box auf IBM SP-2 Daten asynchron, mit BarrierDaten asynchron, ohne Barrier

Workstation Cluster Skalierbarkeit par. Funktionen Daten asynchron, ohne Barrier