Реализация пакета LAMMPS на Т системе с открытой архитектурой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Суперкомпьютерные приложения обычно реализуются на языках программирования С, С++, Fortran с использованием различных вариантов библиотеки Message Passing Interfaceроекте "Т-система" (OpenTS) исследуются вопросы автоматического динамического распараллеливания программ. С практической точки зрения актуальна реализация приложений в смешанном (гибридном) стиле, когда часть приложения пишется в парадигме автоматического динамического распараллеливания программ и не использует никаких примитивов библиотеки MPI, а другая его часть пишется с использованием библиотеки Message Passing Interface. В этом случае используется библиотека, которая входит в состав Т-системы и имеет название DMPI (Dynamic Message Passing Interface). Необходимо оценить эффективность реализации MPI, которая есть в Т-системе. Целью данной работы является исследование эффективности реализации DMPI в Т-системе. В классическом MPI приложении 0% кода реализовано с помощью автоматического динамического распараллеливания программ и 100% кода реализовано в виде обычной Message Passing Interface программы. Для сравнительного анализа в начале код выполняется на стандартном Message Passing Interface, для которого он был написан изначально, и потом этот код выполняется с использованием библиотеки DMPI, входящей в состав Т-системы. При сравнении эффективности подходов оцениваются потери производительности и перспективность применения гибридного стиля программирования. В результате проведенных экспериментальных исследований для разных типов вычислительных задач удалось убедиться, что потери эффективности пренебрежимо малы. Это позволило сформулировать направление дальнейшей работы над Т-системой и наиболее перспективные варианты построения гибридных приложений. В настоящей статье приводятся результаты сравнительных испытаний приложения LAMMPS с использованием OpenMPI и с использованием OpenTS DMPI. Результаты испытаний подтверждают эффективность реализации DMPI в среде параллельного программирования OpenTS.

Об авторах

С. М Абрамов

Институт программных систем имени А.К. Айламазяна РАН

Email: abram@botik.ru
улица Петра Первого 4а

В. А Роганов

Институт программных систем имени А.К. Айламазяна РАН

Email: var@pereslavl.ru
улица Петра Первого 4а

В. И Осипов

Институт программных систем имени А.К. Айламазяна РАН

Email: val@pereslavl.ru
улица Петра Первого 4а

Г. А Матвеев

Институт программных систем имени А.К. Айламазяна РАН

Email: gera@prime.botik.ru
улица Петра Первого 4а

Список литературы

  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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

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».