Speed up computations in theoretical chemistry : The example of graphics processors
Accélération des calculs en chimie théorique : l’exemple des processeurs graphiques
Résumé
In this research work we are interested in the use of the manycore technology of graphics cards in the framework of approaches coming from the field of Theoretical Chemistry. We support the need for Theoretical Chemistry to be able to take advantage of the use of graphics cards. We show the feasibility as well as the limits of the use of graphics cards in the framework of the theoretical chemistry through two usage of GPU on different approaches.
We first base our research work on the GPU implementation of the NCIplot program. The NCIplot program has been distributed since 2011 by Julia CONTRERAS-GARCIA implemen- ting the NCI methodology published in 2010. The NCI approach is proving to be an ideal candidate for the use of graphics cards as demonstrated by our analysis of the NCIplot program, as well as the performance achieved by our GPU implementations. Our best implementation (VHY) shows an acceleration factors up to 100 times faster than the NCIplot program. We are currently freely distributing this implementation in the cuNCI program.
The second GPU accelerated work is based on the software GAMESS-US, a free competitor of GAUSSIAN. GAMESS is an international software that implements many quantum methods. We were interested in the simultaneous use of DTFB, FMO and PCM methods. The frame is less favorable to the use of graphics cards however we have been able to accelerate the part carried by two K20X graphics cards.
Nous nous int ́eressons aux architectures manycore propos ́ees par les cartes graphiques dans le cadre de la chimie th ́eorique. Nous soutenons la n ́ecessit ́e pour ce domaine d’ˆetre capable de tirer profit de cette technologie. Nous montrons la faisabilit ́e et les limites de l’utilisation de cartes graphiques en chimie th ́eorique par le portage sur GPU de deux m ́ethodes de calcul en mod ́elisation mol ́eculaire. Ces deux m ́ethodes peuvent potentiellement ˆetre int ́egr ́ees au pro- gramme de docking mol ́eculaire AlgoGen. L’acc ́el ́eration et la performance ́energ ́etique ont ́et ́e examin ́ees au cours de ce travail.
Le premier programme NCIplot impl ́emente la m ́ethodologie NCI qui permet de d ́etecter et de caract ́eriser les interactions non-covalentes dans un syst`eme chimique. L’approche NCI se r ́ev`ele ˆetre id ́eale pour l’utilisation de cartes graphiques comme notre analyse et nos r ́esultats le montrent. Le meilleur portage que nous avons obtenu, a permis de constater des facteurs d’acc ́el ́eration allant jusqu’`a 100 fois plus vite par rapport au programme NCIplot. Nous diffusons actuellement librement notre portage GPU : cuNCI.
Le second travail de portage sur GPU se base sur GAMESS qui est un logiciel complexe de port ́ee internationale impl ́ementant de nombreuses m ́ethodes quantiques. Nous nous sommes int ́eress ́es `a la m ́ethode combin ́ee DFTB/FMO/PCM pour le calcul quantique de l’ ́energie po- tentielle d’un complexe. Nous sommes intervenus dans la partie du programme calculant l’effet du solvant. Ce cas s’av`ere moins favorable `a l’utilisation de cartes graphiques, cependant nous avons su obtenir une acc ́el ́eration.
Domaines
Informatique [cs]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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