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教育科研行业概述
教育科研领域中广泛使用高性能计算集群对高能物理、天文探索、地球物理、量子化学、分子动力学等前沿方向加速探索。通过数学模型构建、定量分析方法以及利用计算机来分析和解决传统实验科学中成本高昂的实验与无法模拟的实验环境,助力前沿理论科学进行快速迭代与验证,已经成为助力高校研究团队提升科研水平的最有力工具之一。华为鲲鹏HPC解决方案通过高性能、高能效比、自主可控等优势助力教育科学HPC的快速发展。
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分子动力学
分子动力学是一套分子模拟方法,该方法主要是依靠计算机来模拟分子、原子体系的运动,是一种多体模拟方法。通过对分子、原子在一定时间内运动状态的模拟,从而以动态观点考察系统随时间演化的行为,有助于寻找全新的药物化合物并测试已知药物组合,以便更好地治疗癌症和其他疾病,开发新高分子材料用于纺织、工业领域。鲲鹏平台目前已经适配了Gromacs、Lammps、Amber、NAMD等软件,性能更优。
量子化学
量子化学是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系;分子与分子之间的相互作用;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。通过结合高性能计算平台使用从头算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构、过渡态能量和结构、化学键及反应能量的计算与研究。鲲鹏平台目前已经适配了Gaussian、CP2K等应用。
典型案例
Lammps应用优化案例
应用背景
研究分子的运行一般有Molecular Dynamics(简称MD)、Monte Carlo(简称MC)两种方式;MC方法即蒙特卡罗方法,通过统计规律,人为构造一个合适的概率模型,用于模拟粒子的运动。MD即分子动力学,该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质;MD方法开源的软件主要有Lammps、Gromacs等。
Lammps是由美国桑迪亚国家实验室(Sandia)开发的一套分子动力学模拟的开源程序包。 Lammps可以支持包括气态,液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系,并提供支持多种势函数。
使用软件
应用软件:OpenFOAM-v1906
基础软件:毕昇编译器、Hyper MPI
测试算例:Audi
成果
基于华为自研软件栈的软件优化后,OpenFOAM应用在鲲鹏平台单节点运行的整体性能上提升达到对比机型140%左右。主要优化措施如下:
  • 基于华为自研软件栈毕昇编译器和Hyper MPI优化
  • 基于热点函数的循环展开优化,减少内存访问Cache miss
  • 基于OpenFOAM的混合精度调优
核心应用
HPC行业主流开源软件调优指导请参考《调优指南》
软件名版本号操作系统源码包移植指南