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使用GROMACS软件进行高性能计算

本文以GROMACS软件为例介绍如何在E-HPC上进行高性能计算。

背景信息

GROMACS(GROningen MAchine for Chemical Simulations)是一款通用软件,用于对具有数百万颗粒子的系统进行基于牛顿运动方程的分子动力学模拟。

GROMACS主要用于生物化学分子,如蛋白质、脂质等具有多种复杂键合相互作用的核酸分析。GROMACS计算典型的模拟应用,如计算非键合相互作用非常高效,许多研究人员用其研究非生物系统的聚合物。

GROMACS支持分子动力学的常见算法,可以采用GPU来加速核心计算过程。更多信息,请参见GROMACS官网

相关算例

提交作业

  1. 登录弹性高性能计算控制台

  2. 创建一个名称为gromacs-test的E-HPC集群。具体操作,请参见创建集群

    在配置参数时,您需要注意以下几点:
    • 软件配置:安装gromacs-gpu 2018.1、openmpi 3.0.0、cuda-toolkit 9.0、vmd 1.9.3软件。

    • 计算节点:选择GPU机型。

    • VNC:打开VNC开关,打开后可以自动部署远程可视化窗口。

  3. 创建一个名为gmx.test的sudo用户。具体操作,请参见创建用户

  4. 集群页面,找到gromacs-test集群,单击远程连接

  5. 远程连接页面,输入gmx.test的用户名、密码和端口,单击ssh连接

  6. 执行如下命令下载并解压算例(本示例使用算例2的相关文件)。

    cd /home/gmx.test;
    wget https://public-ehpc-package.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/water_GMX50_bare.tar.gz;
    tar xzvf water_GMX50_bare.tar.gz;
    chown -R gmx.test water-cut1.0_GMX50_bare;
    chgrp -R users water-cut1.0_GMX50_bare
  7. 集群页面,找到gromacs-test集群,单击创建作业

  8. 在创建作业页面,选择新建文件 > 使用文件模板 > pbs demo

  9. 按下图完成作业配置,单击确认提交作业。

    GROMACS作业 作业文件配置如下:

    说明

    本示例使用名为gmx.test的用户提交作业,在一个包含8个CPU核和1块P100 GPU卡的计算节点compute9上运行。在实际使用场景中您可根据集群配置情况做出适当修改。

    #!/bin/sh
    #PBS -j oe
    #PBS -l select=1:ncpus=8:mpiprocs=4
    #PBS -q workq
    
    export MODULEPATH=/opt/ehpcmodulefiles/   #module命令依赖的环境变量
    module load gromacs-gpu/2018.1
    module load openmpi/3.0.0
    module load cuda-toolkit/9.0
    export OMP_NUM_THREADS=1
    
    cd /home/gmx.test/water-cut1.0_GMX50_bare/0096
    /opt/gromacs-gpu/2018.1/bin/gmx_mpi grompp -f pme.mdp -c conf.gro -p topol.top -o topol_pme.tpr   #前处理过程,生成tpr格式输入文件
    
    mpirun -np 4 /opt/gromacs-gpu/2018.1/bin/gmx_mpi mdrun -ntomp 1 -nsteps 100000 -pin on -s topol_pme.tpr   #-ntomp指定每个进程开启的OpenMP线程数,-nsteps指定模拟迭代步数

查看作业计算性能和结果

  1. 在左侧导航栏,选择作业与性能管理 > 作业

  2. 单击目标作业列表右侧详情,可以查看作业详细信息。

  3. 查看本次作业计算性能。

    1. 在左侧导航栏,选择作业与性能管理 > E-HPC优化器

    2. 找到gromacs-test集群,在操作列单击节点

    3. 选择作业和节点并完成指标配置,查看节点性能。

      节点性能
    4. 单击进程性能页签,查看当前CPU使用率前五的进程信息。

      进程性能
    5. 单击剖析进程中您想剖析的进程,设置剖析时长和采样频率,启动对GROMACS作业的实时性能剖析,获取热点函数的剖析图。

      性能剖析
  4. 使用VNC远程可视化查看作业结果。

    1. 集群页面,找到gromacs-test集群,单击更多 > VNC

    2. 在可视化窗口,单击连接

    3. 输入连接密码对话框中输入密码,单击确定

    4. 在可视化服务窗口中使用Terminal运行/opt/vmd/1.9.3/vmd,打开VMD软件。

    5. 使用VMD软件加载分子结构文件和轨迹文件,查看模拟效果。

      vmd