GROMACS使用英特尔oneAPI跨架构工具进行优化

GROMACS凭借英特尔oneAPI开放的编程和多架构工具进行加速，并在基于英特尔Xe 架构的GPU上运行，展现卓越性能。

英特尔致力于培育一个开放的生态系统，包括为许多开源项目做出技术贡献，这些项目都对现实世界产生了直接影响。GROMACS就是其中的一个例子，它是一个分子动力学软件包，用于模拟设计新药物的蛋白质、脂质和核酸。最近发布的GROMACS 2022使用SYCL和oneAPI进行开发，在多种架构上运行展现出卓越的性能，包括基于英特尔Xe 架构的GPU。

“GROMACS是世界上使用最广泛的开源分子动力学应用之一。原因很简单，借助该应用进行的模拟，能帮助我们更好地了解小到体内的蛋白质，大到宇宙星系的分子动态。值得注意的是，我们与GROMACS的合作，即使用oneAPI进行开发和优化，让英特尔参与到药物研发的重大进展中，并扩展了GROMACS跨多个计算架构的开放式开发。这一切都是在与我们非常珍视的开源社区合作时实现的。

——Roland Schulz

英特尔并行软件工程师”

GROMACS的分子动力学模拟由oneAPI提供技术支持，与国际分布式计算项目Folding@home等项目一起，为确定针对乳腺癌、新型冠状肺炎、2型糖尿病等疾病关键药物的解决方案做出了贡献。在现代药物研发中，分子动力学模拟得到了广泛而成功的应用。这些模拟为研究人员提供了所需的生物大分子结构信息，以了解结构与功能关系，用于指导药物研发和设计过程。像GROMACS这样的计算工具，在药物研发方面的应用，有助于研究人员更有效地设计和评估新药的同时，节省资源。

斯德哥尔摩大学和瑞典皇家理工学院的GROMACS研发团队在生物物理学教授Erik Lindahl的带领下，引领着GROMACS分子动力学工具包的开发，这是世界上使用最广泛的高性能计算应用之一。分子动力学以计算为中心，并且频繁迭代，这让它成为最耗时的高性能计算应用之一。数十亿次的计算会涉及数百万行的代码。

oneAPI作为一种开放、统一的编程模型，用于CPU和加速器，并支持多个厂商的计算机架构，这帮助Lindahl教授和他的团队扩展了GROMACS对异构硬件的支持。这得益于使用跨架构、跨厂商的开放标准从而提高了生产力。基于这些标准，oneAPI编程简化了软件的开发流程，无需特定的编程语言或供应商，就能提供加速计算的性能，同时允许集成现有代码，包括OpenMP。

作为oneAPI优化工作的一部分，Lindahl的团队通过使用英特尔 DPC++兼容性工具(英特尔 oneAPI基础工具包的一部分)，将GROMACS中只能在Nvidia硬件上运行的CUDA代码，迁移到SYCL，该工具通常能自动执行90至95%的代码迁移工作①②。这允许其团队创建一个新的、独立可迁移的跨架构代码库。这极大简化了开发工作，并为多架构环境的部署提供灵活性。

“凭借GROMACS 2022对SYCL和oneAPI的全面支持，我们扩展了GROMACS，使其可以在新型硬件上运行。通过英特尔 DevCloud，我们已经在当前基于英特尔Xe 架构的GPU，以及即将推出基于英特尔Xe 架构的GPU开发平台Ponte Vecchio上，运行了生产模拟。这一阶段取得的性能结果令人印象深刻，证明了英特尔软硬件协同合作的力量。总而言之，这些优化实现了硬件的多样性，提供了高端性能，并推动了竞争和创新，让我们能更快地开展科学研究，并降低下游产业的成本。

——Erik Lindahl

生物物理学教授”

通过使用英特尔oneAPI跨架构工具进行优化，例如oneAPI DPC++/C++编译器、oneAPI库以及高性能计算分析和集群工具，GROMACS实现了加速计算，oneAPI工具可在英特尔 DevCloud中获取。英特尔 DevCloud是一个免费环境，可以在各种英特尔架构如CPU，GPU，FPGA上，开发和测试代码。

关于GROMACS

GROMACS是一个通用的软件包，用于对具有数百万个粒子的系统，进行基于牛顿运动方程式的分子动力学模拟。GROMACS主要用于生物化学分子，如蛋白质、脂质和核酸等，这些分子具有多种复杂的键合相互作用。由于GROMACS在计算典型的模拟应用，如计算非键合相互作用方面具有非常快的速度，因此许多科研人员将其用于非生物系统的研究，例如聚合物。

关于oneAPI

oneAPI提供一个开放、统一的跨架构编程模型，旨在简化跨多架构的开发(如CPU、GPU、FPGA和其它加速器)。oneAPI让开发者在一个开放、基于标准的编程环境中，打破基于单个厂商的封闭式编程模型的限制，为加速计算提供出色性能，并且允许代码持续迭代。

关于英特尔与Folding@home的合作

GROMACS是Folding@home分布式计算项目的基石，旨在通过模拟蛋白质的动力学，帮助科学家为各种疾病开发新的诊疗方法。进行这些具有挑战性的分子动力学模拟，需要一种称为强扩展的流程，在药物研发过程中成功地模拟原子。英特尔能通过先进的软件技术工具和代码优化支持GROMACS，进而支持Folding@home，帮助提供高效、高性能的异构编程。通过提供必要的计算能力，这最终将助力开发者和科学家完成强大的缩放。虽然该项目尚未采用GROMACS 2022，但已开始计划转换代码，为即将推出的英特尔Xe 架构GPU做好跨架构的准备。

注意事项与免责声明：

①该团队把GROMACS的Nvidia CUDA代码迁移到Data Parallel C++(DPC++)，后者是oneAPI的一个SYCL实施，旨在创建新的跨架构代码。

②英特尔预估，截至2021年9月。基于对一套70个HPC基准测试和样本的测量，例如Rodinia、SHOC、PENNANT等。测试结果可能有所差异。

性能因使用、配置和其它因素而异。如需了解更多信息，请前往www.intel.com/PerformanceIndex。测试结果可能有差异。

性能结果基于配置中显示的日期进行测试，且可能并未反映所有公开可用的安全更新。

没有任何产品或组件是绝对安全的。

实际成本与测试结果可能有所差异。

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原文标题：英特尔oneAPI赋能GROMACS 2022，推动开源药物的研发

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审核编辑：汤梓红