通过NVIDIA的多进程服务增强分子动力学

分子动力学（MD）模拟，对于随着时间的推移建模原子相互作用所必需的，需要大量的计算资源。尽管如此，许多模拟涉及小型系统大小，通常不足以现代GPU。 NVIDIA称，NVIDIA的多进程服务（MPS）通过允许多个模拟在同一GPU上同时运行，从而最大程度地提高GPU利用率并改善吞吐量，从而提供了解决方案。

了解国会议员

国会议员是CUDA API的二进制兼容实现，可促进通过多个过程进行有效的GPU共享。它通过允许所有流程共享计划资源来减少上下文开关开销，并改善了整体GPU利用率。由于NVIDIA VOLTA GPU生成，MPS还支持来自不同过程的并发内核执行，从而在单个过程无法完全饱和GPU时提高性能。值得注意的是，MP可以使用常规用户特权启动，从而简化其部署。

用OpenMM实施MPS

为了利用流行的MD引擎的OpenMM中的MPS，用户可以同时运行多个模拟。这是通过启动模拟脚本作为单独过程的几个实例来完成的。尽管单个模拟可能会放慢速度，但由于并行执行，总体吞吐量会增加。简单的命令结构使用户可以控制GPU定位和过程管理，从而提高资源分配效率。

基准性能

基准测试显示，将MPS应用于不同大小的系统时，会显示出明显的吞吐量改进。例如，具有23,000个原子的DHFR系统受益于大量性能的提升，尤其是在Nvidia H100张量芯等高端GPU上。甚至更大的系统，例如具有409,000个原子的纤维素基准，吞吐量增加了约20％。

用cuda_mps_active_thread_percentage优化吞吐量

默认情况下，MPS允许全GPU资源访问所有进程。但是，设置 CUDA_MPS_ACTIVE_THREAD_PERCENTAGE 环境变量可以通过限制每个过程的线程可用性来进一步优化吞吐量。这种调整已显示出可显着提高集体吞吐量，尤其是在涉及多个并发过程的模拟中。

在自由能计算中应用

国会议员在自由能扰动（FEP）模拟中也有优势，该模拟依赖于复制 – 交换分子动力学。通过同时在不同的λ窗口上运行多个模拟，MPS减轻了GPU的未利用，从而在NVIDIA的L40S或H100 GPU上使用三个MPS过程时，导致36％的吞吐量增加。

结论

NVIDIA的MPS是通过最少的编码工作来增强MD模拟吞吐量的宝贵工具。通过优化GPU资源利用，MPS可以显着提高各种模拟方案的性能。对于有兴趣进一步探索这些功能的人，NVIDIA提供了其他资源和教程来支持实施和实验。

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