从源头开始模拟！ GPU让原子模拟应用VASP提速10倍

从天体物理学、基因组学和量子化学到数据分析，如今已有370款HPC应用支持GPU加速，其中包括最新的原子模拟应用VASP。在NVIDIA Tesla加速计算平台的加持下，VASP模拟计算的性能相比CPU可加快10倍，帮助科学家更快更深入地解决最棘手难题。

“从源头开始模拟”

VASP全称“Vienna Ab Initio Simulation Program”，是一款原子模拟应用，可对原子的行为进行电子级建模。大家知道，一切物质都是由分子和原子构成的，正如VASP全名直译就是“从源头模拟”。可以想象使用VASP进行模拟计算的计算量会有多大！

通过使用VASP来模拟原子层的各项数据，研究人员可以掌握从电子设备、催化剂和磁性材料，到玻璃、橡胶、金属、陶瓷等材质的基础结构，并进一步掌握不同材料的特性，由此可以开发出更坚固、更具延展性、或是可以应用于特定领域的材料，例如太阳能、半导体、电动车等等。

正因如此，VASP在大学和工业领域极受欢迎，在全球各地的超级计算机中，拥有达15%的计算周期。

GPU让VASP重要算法提速10倍

以往，VASP只能运行在采用CPU的计算机，进行模拟计算任务时，通常需要花上数小时、数天，甚至到数周的时间。一旦计算出错或是需要修正程序时，还会损失更多宝贵时间。

为了解决这一问题，维也纳大学VASP程序的作者与多所大学合作，开发了支持GPU加速器的新版。

新版VASP应用中的部分重要算法，在NVIDIA Tesla K80 GPU加速器上的速度要比使用CPU的系统快上2.5到4倍，大大加快模拟任务的执行时间。而在更先进的Tesla V100上，计算速度更是提升了到了约10倍之多。

GPU的出现，使得计算机的算力有了划时代的颠覆，我们可以用更少的服务器、更少的功耗和更低的网络开销实现更强的计算性能，从而大大节约计算成本。

如此一来，研究人员就可以拥有强而有力的工具，让他们的研究工作迈向新的领域，以更深入更快地解决部分当前最棘手的难题。

该图片来源于：维也纳大学计算材料物理学系

目前，支持GPU加速的HPC应用已达370款，包括AMBER分子动力学模拟应用、TERACHEM蛋白动力学模拟应用、ECHELON油气储层模拟应用、ANSYS Fluent 计算流体动力学应用等等。加之加速器的运用在全球顶级超级计算机中迅猛增长，加速计算正在重塑HPC行业的未来。

低成本GPU算力解决方案

尽管GPU的出现极大地提升了VASP这样的HPC应用的价值，但GPU动辄上千美元的售价让不少普通的研究者望而却步（当前主流GPU的评测请见文章《2020年人工智能深度学习 GPU 解决方案推荐》）。

更重要的是，随着VASP等应用性能的不断提升，大规模高性能计算集群对于该类应用在效率上的提升势必更加明显，计算速度会随着高性能计算算力的提升不断呈线性提升。在这种情况下，一个弹性、方便、低成本的高性能计算平台对于VASP类应用的意义就不言而喻了。

云E弹性算力平台就是为这类应用而生的高性能计算云平台。

云E是基于公有云的高性能计算云平台。通过对阿里云、腾讯云、AWS、微软云、谷歌云等五大主流公有云的资源整合，配合独有的并行计算调度管理模块，云E能为用户快速构建与安装部署一个“独享式“云端超算中心资源。

与传统超算中心以及自建HPC集群相比，云E提供了一种快捷、弹性、经济、安全的公共云高性能计算服务。

首先，该服务不需要前期投入与运维成本，可以按需购买，即买即用。云E在全球拥有25个地域节点，超过10万台服务器，整合海量云端异构资源，提供目前最先进的CPU及GPU在内的多种型号计算资源。云E可在10分钟内启动上万台服务器资源，也可在计算完成后立即关闭，是目前弹性最好的高性能计算云平台。为用户省去了排队等待时间，也能根据用户需要大大加速计算进度。

其次，云E通过大规模采购及计算性能优化，能大幅降低资源使用成本。目前云E的CPU使用成本低至0.08元/核时。

再次，云E预集成了Gaussian 、GAMESS、NWChem、VirtulFlow等多种量化计算主流框架或软件，开箱即用，让使用者只需专注于专业本身，无需再为硬件设备的配置及部署费心费力。

云E弹性算力平台具有弹性、便捷、经济等诸多优势，能够帮助使用者提高计算效率、降低计算成本。目前已有众多高校、科研机构开始使用云E作为量化计算云平台。云E已经帮助使用者完成很多量化计算项目，如VirtualFlow 超高通量虚拟筛选、用FLARE FEP计算相对结合自由能、VINA分子对接等。我们期待为更多用户带来更好的高性能计算体验。

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