Сборники трудов ИСП РАН


Применение ПЛИС для расчета деполимеризации микротрубочки методом броуновской динамики

Ю.А. Румянцев (НПО РОСТА, Москва, Россия, МГУ, Москва, Россия)
П.Н. Захаров (Центр ТП ФХФ РАН, Москва, Россия)
Н.А. Абрашитова (НПО РОСТА, Москва, Россия)
А.В. Шматок (НПО РОСТА, Москва, Россия)
В.О. Рыжих (МГУ, Москва, Россия)
Н.Б. Гудимчук (Центр ТП ФХФ РАН, Москва, Россия, МГУ, Москва, Россия, ФНКЦ ДГОИ, Москва, Россия)
Ф.И. Атауллаханов (Центр ТП ФХФ РАН, Москва, Россия, МГУ, Москва, Россия, ФНКЦ ДГОИ, Москва, Россия)

Аннотация

В данной работе рассмотрена аппаратная реализация расчета деполимеризации белковой микротрубочки методом броуновской динамики на кристалле программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Xilinx Virtex-7 с использованием высокоуровневого транслятора с языка Си Vivado HLS. Реализация на ПЛИС сравнивается с параллельными реализациями этого же алгоритма на многоядерном процессоре Intel Xeon и графическом процессоре Nvidia K40 по критериям производительности и энергоэффективности. Алгоритм работает на броуновских временах и поэтому требует большого количества нормально распределенных случайных чисел. Оригинальный последовательный код был оптимизирован под многоядердную архитектуру с помощью OpenMP, для графического процессора - с помощью OpenCL, а реализация на ПЛИС была получена посредством высокоуровневого транслятора Vivado HLS. В работе показано, что реализация на ПЛИС быстрее CPU в 17 раз и быстрее GPU в 11 раз. Что касается энергоэффективности (производительности на ватт), ПЛИС была лучше CPU в 227 раз и лучше GPU в 75 раз. Ускоренное на ПЛИС приложение было разработано с помощью SDK, включающего готовый проект ПЛИС, имеющий PCI Express интерфейс для связи с хост-компьютером, и софтверные библиотеки для общения хост-приложения с ПЛИС ускорителем. От конечного разработчика было необходимо только разработать вычислительное ядро алгоритма на языке Си в среде Vivado HLS, и не требовалось специальных навыков ПЛИС разработки.

Ключевые слова

Высокопроизводительные вычисления, ПЛИС, микротрубочки, высокоуровневый синтез, броуновская динамика

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 28, вып. 3, 2016, стр. 241-266.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(3)-15

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома