Implementation of the LAMMPS Package on the T-System with Open Architecture

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Supercomputer applications are usually implemented in the C, C++, and Fortran programming languages using different versions of the Message Passing Interface library. The "T-system" project (OpenTS) studies the issues of automatic dynamic parallelization of programs. In practical terms, the implementation of applications in a mixed (hybrid) style is relevant, when one part of the application is written in the paradigm of automatic dynamic parallelization of programs and does not use any primitives of the MPI library, and the other part of it is written using the Message Passing Interface library. In this case, the library is used, which is a part of the T-system and is called DMPI (Dynamic Message Passing Interface). In this way, it is necessary to evaluate the effectiveness of the MPI implementation available in the T-system. The purpose of this work is to examine the effectiveness of DMPI implementation in the T-system. In a classic MPI application, 0% of the code is implemented using automatic dynamic parallelization of programs and 100% of the code is implemented in the form of a regular Message Passing Interface program. For comparative analysis, at the beginning the code is executed on the standard Message Passing Interface, for which it was originally written, and then it is executed using the DMPI library taken from the developed T-system. Сomparing the effectiveness of the approaches, the performance losses and the prospects for using a hybrid programming style are evaluated. As a result of the conducted experimental studies for different types of computational problems, it was possible to make sure that the efficiency losses are negligible. This allowed to formulate the direction of further work on the T-system and the most promising options for building hybrid applications. Thus, this article presents the results of the comparative tests of LAMMPS application using OpenMPI and using OpenTS DMPI. The test results confirm the effectiveness of the DMPI implementation in the OpenTS parallel programming environment.

Авторлар туралы

S. Abramov

The Ailamazyan Program Systems Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: abram@botik.ru
Petra Velikogo St. 4а

V. Roganov

The Ailamazyan Program Systems Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: var@pereslavl.ru
Petra Velikogo St. 4а

V. Osipov

The Ailamazyan Program Systems Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: val@pereslavl.ru
Petra Velikogo St. 4а

G. Matveev

The Ailamazyan Program Systems Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: gera@prime.botik.ru
Petra Velikogo St. 4а

Әдебиет тізімі

  1. MPICH: A High-Performance, Portable Implementation of MPI. Argonne National Laboratory, Mathematics and Computer Science Division. URL: https://www.anl.gov/mcs/mpich-a-highperformance-portable-implementation-of-mpi.
  2. MVAPICH: MPI over InfiniBand, Omni-Path, Ethernet/iWARP, and RoCE. The Ohio State University, Network-Based Computing Laboratory. URL: http://mvapich.cse.ohio-state.edu.
  3. URL: www.cray.com.
  4. TianHe-2A. URL: https://www.top500.org/system/177999.
  5. Intel MPI. URL: https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/tools/mpi-library.html.
  6. Blue Gene/Q MPI. URL: http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/sg247948.pdf.
  7. The IBM Parallel Environment (PE) Developer Edition. URL: http://www.redbooks.ibm.com/abstracts/tips1073.html
  8. IBM Platform MPI. URL: https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/en/SSENRW_4.2.0/get_started_admin/getting_started_mpi.html.
  9. Installing SGI MPI packages. URL: https://downloads.linux.hpe.com/SDR/project/mpi/
  10. Application Development Environment for Supercomputer Fugaku. URL: https://www.fujitsu.com/global/about/resources/publications/technicalreview/2020-03/article07.html
  11. MS MPI. URL: https://docs.microsoft.com/en-us/message-passing-interface/microsoft-mpi.
  12. MPI 4.0.URL: https://www.mpi-forum.org/mpi-40/
  13. Абрамов С.М., Васенин В.А., Мамчиц Е.Е., Роганов В.А., Слепухин А.Ф., Динамическое распараллеливание программ на базе параллельной редукции графов. Архитектура программного обеспечения новой версии T-системы // Научная сессия МИФИ-2001, Сборник научных трудов. Т. 2, Москва, 22–26 января 2001 г., с. 234.
  14. Абрамов С.М., Кузнецов А.А., Роганов В.А. Кроссплатформенная версия T-системы с открытой архитектурой // Вычислительные методы и программирование, 8:1(2) (2007), с. 175–180, URL: http://num-meth.srcc.msu.ru/zhurnal/tom_2007/v8r203.html
  15. Кузнецов А.А., Роганов В.А. Экспериментальная реализация отказоустойчивой версии системы OpenTS для платформы Windows CCS. // Труды Второй Международной научной конференции "Суперкомпьютерные системы и их применение (SSA'2008)" 27-29 октября 2008, г., Минск. — Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2008 с. 65-70 ISBN 978-985-6744-46-7
  16. Степанов Е.А. Планирование в OpenTS — системе автоматического динамического распараллеливания. // М., МГИУ, сборник статей "Информационные технологии и программирование", выпуск 2, 2005.
  17. Абрамов С.М., Есин Г.И., Загоровский И.М., Матвеев Г.А., Роганов В.А. Принципы организации отказоустойчивых параллельных вычислений для решения вычислительных задач и задач управления в Т-Системе с открытой архитектурой (OpenTS). // Международная конференция “Программные системы: теория и приложения (PSTA-2006)”, 23-28 октября 2006 г., г. Переславль-Залесский, Институт Программных Систем РАН, сборник трудов конференции, C. 257–264.
  18. Roganov V., Slepuhin A. Distributed Extension of the Parallel Graph Reduction. GRACE: Compact and Efficient Dynamic Parallelization Technology for the Heterogeneous Computing Systems. International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications, June 25–28, 2001, Las Vegas, Nevada, USA.
  19. Moskovsky A., Roganov V., Abramov S. Parallelism Granules Aggregation with the T-System. Parallel Computing Technologies: 9th International Conference, PaCT 2007 Pereslavl-Zalessky, Russia, September 2007. Proceedings. Victor Malyshkin (Ed.)- Berlin etc. Springer, 2007. – Lecture Notes in Computer Science: vol. 4671, pp. 293-302.
  20. Moskovsky A., Roganov V., Abramov S., Kuznetsov A. Variable Reassignment in the T++ Parallel Programming Language. Parallel Computing Technologies: 9th International Conference, PaCT 2007 Pereslavl Zalessky, Russia, September 2007. Proceedings. Victor Malyshkin (Ed.). Berlin etc. Springer, 2007. – Lecture Notes in Computer Science: vol. 4671, pp. 579-588.
  21. LAMMPS. URL:https://lammps.sandia.gov.
  22. Lennard-Jones, J. E. — Proc. Roy. Soc., 1924, v. A 106, p. 463.
  23. LAMMPS example scripts. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/Examples.html.
  24. Gay J.G., Berne B.J. Modification of the overlap potential to mimic a linear site–site potential. Journal of Chemical Physics, 1981, vol. 74 pp. 3316-3319.
  25. Потенциал Гея-Берне. URL:https://lammps.sandia.gov/doc/pair_gayberne.html
  26. Stuart S.J.; Tutein A.B.; Harrison J.A. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions. Journal of Chemical Physics, 2000, vol. 112, Issue 14, pp. 6472-6486.
  27. Потенциал AIREBO. URL:https://lammps.sandia.gov/doc/pair_airebo.html.
  28. Brenner D.W., Shenderova O.A., Harrison J.A., Stuart S.J., Ni B., Sinnott S.B. A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons. J Physics: Condensed Matter, 2002, vol. 14, 783-802.
  29. Hecht M., Harting J., Ihle T., Herrmann H. Simulation of claylike colloids. Phys. Rev. E., 2005, vol. 72, 011408.
  30. Petersen M.K., Lechman J.B., Plimpton S.J., Grest G.S., Veld P.J., Schunk P.R. Mesoscale Hydrodynamics via Stochastic Rotation Dynamics: Comparison with Lennard-Jones Fluid. J. Chem. Phys. 2010, vol. 132, 174106.
  31. LAMMPS fix srd command. URL:https://lammps.sandia.gov/doc/fix_srd.html.
  32. Axilrod and Teller, Interaction of the van der Waals type between three atoms. J. Chem. Phys., 1943, vol. 11, 299.
  33. Muto Y. Nippon Sugaku. Buturigakkwaishi 17, 629 (1943).
  34. Бараш Ю.С., Гинзбург В.Л. Некоторые вопросы теории сил Ван-дер-Ваальса. УФН, 1984, № 143 C. 345–389.
  35. LAMMPS balance command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/balance.html.
  36. LAMMPS fix balance command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/fix_balance.html.
  37. Shan T.R., Devine B.D., Kemper T.W., Sinnott S.B. Phillpot S.R. Charge-optimized many-body potential for the hafnium/hafnium oxide system. Phys. Rev. B. 2010, vol. 81, 125328.
  38. Liang, T., Shan, T.R., Cheng, Y.T., Devine, B.D., Noordhoek M., Li Y., Lu Z., Phillpot S.R., Sinnott S.B. Classical atomistic simulations of surfaces and heterogeneous interfaces with the charge-optimized many body (COMB) potentials. Materials Science and Engineering R: Reports, 2013, vol. 74(9), pp. 255-279.
  39. Horsfield P., Bratkovsky A.M., Fearn M., Pettifor D.G., Aoki M. Bond-order potentials: Theory and implementation. Phys. Rev. B. 1996, vol. 53, 12694.
  40. Nose S. A unified formulation of the constant temperature molecular-dynamics methods. Journal of Chemical Physics. vol. 81 (1), pp. 511–519.
  41. Hoover W.G. Canonical dynamics: Equilibrium phase-space distributions. Phys. Rev. A. 31 (3): 1695–1697.
  42. LAMMPS fix nvt command URL: https://lammps.sandia.gov/doc/fix_nh.html.
  43. Mean squared displacement. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Mean_squared_displacement.
  44. LAMMPS compute msd command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/compute_msd.html.
  45. Shinoda W., Shiga M., Mikami M. Rapid estimation of elastic constants by molecular dynamics simulation under constant stress. Phys. Rev. B., 2004, vol. 69, 134103.
  46. Calculate elastic constants. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/Howto_elastic.html.
  47. Stillinger F.H., Weber T.A. Computer simulation of local order in condensed phases of silicon, Phys. Rev. B, 1985, vol. 31, pp. 52-62.
  48. Peshl T., Ehvald P., Prandtl L. Fizika uprugikh i zhidkikh tel. [Physics of elastic and fluid bodies] Moscow, Gostekhizdat, 1933. (In Russ.).
  49. LAMMPS fix heat command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/fix_heat.html.
  50. Plimpton S. Sandia National Labs, Modeling Thermal Transport and Viscosity with Molecular Dynamics. LAMMPS Users and Developers Workshop International Centre for Theoretical Physics (ICTP) March 2014 - Trieste, Italy. URL: https://www.lammps.org/tutorials/italy14/italy_kappa_viscosity_Mar14.pdf.
  51. Todd B., Daivis P. Nonequilibrium Molecular Dynamics. Theory, Algorithms and Applications. Cambridge University Press, 2017.
  52. Silling S.A. Peridynamics: Introduction. In: Voyiadjis G. (eds) Handbook of Nonlocal Continuum Mechanics for Materials and Structures. Springer, Cham, 2018
  53. Coleman S.P., Spearot D.E., Capolungo L. Virtual diffraction analysis of Ni [010] symmetric tilt grain boundaries. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 2013, 21(5).
  54. VisIt Open Source visualiztion software URL: https://wci.llnl.gov/simulation/computer-codes/visit/.
  55. LAMMPS compute xrd command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/compute_xrd.html.
  56. LAMMPS compute SAED command. URL: https://lammps.sandia.gov/doc/compute_saed.html.
  57. Hoogerbrugge, P.J; Koelman, J.M.V. A Simulating Microscopic Hydrodynamic Phenomena with Dissipative Particle Dynamics. Europhysics Letters (EPL). 1992, 19 (3): 155–160.
  58. Larentzos J.P., Brennan J.K., Moore J.D., Mattson W.D. LAMMPS Implementation of Constant Energy Dissipative Particle Dynamics (DPD-E), ARL-TR-6863, U.S. Army Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD, 2014.
  59. Everaers R., Ejtehadi M.R. Interaction potentials for soft and hard ellipsoids. Phys. Rev. E, 2003, 67, 041710.
  60. Veld P., Plimpton S., Grest G. Accurate and Efficient Methods for Modeling Colloidal Mixtures in an Explicit Solvent using Molecular Dynamics. Computer Physics Communications, 2008, 179(5).

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».