GROMACS 2022 bringt Open-Source-Wirkstoffforschung mit Intel oneAPI voran

GROMACS, beschleunigt durch die offene Intel oneAPI-Programmierung und Multi-Architektur-Tools, läuft auf Intel Xe-Architektur-basierten GPUs mit starker Leistung.

Intel setzt sich für die Förderung eines offenen Ökosystems ein und leistet technische Beiträge zu vielen Open-Source-Projekten, die direkte Auswirkungen auf die Praxis haben. Ein Beispiel ist GROMACS, ein Molekulardynamik-Paket, das für Simulationen von Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren entwickelt wurde, um neue Arzneimittel zu entwickeln. Das kürzlich veröffentlichte GROMACS 2022, das mit SYCL und oneAPI entwickelt wurde, zeigt eine starke Leistung auf verschiedenen Architekturen, einschließlich Intel Xe Architektur-basierten GPUs.

“ GROMACS ist eine der am weitesten verbreiteten Open-Source-Molekulardynamik-Anwendungen der Welt, und es ist leicht zu erkennen, warum. Die Simulationen, die wir mit dieser Anwendung durchführen können, ermöglichen uns ein besseres Verständnis von Dingen, die so klein sind wie die Proteine in unserem Körper und so groß wie die Galaxien im Universum.

Vor allem unsere Arbeit mit GROMACS – das mit oneAPI entwickelt und optimiert wurde – ermöglicht es Intel, an bedeutenden Fortschritten in der Arzneimittelforschung mitzuwirken und die offene Entwicklung von GROMACS auf mehrere Rechnerarchitekturen auszudehnen. Und das alles in Zusammenarbeit mit der Open-Source-Gemeinschaft, die wir so sehr schätzen.”

– Roland Schulz, Ingenieur für parallele Software bei Intel

Warum das wichtig ist

Die molekulardynamischen Simulationen von GROMACS, die von oneAPI unterstützt werden, tragen zur Identifizierung wichtiger pharmazeutischer Lösungen für Krankheiten wie Brustkrebs, COVID-19, Typ-2-Diabetes und andere bei. In der modernen Arzneimittelforschung werden molekulardynamische Simulationen umfassend und erfolgreich eingesetzt. Diese Simulationen liefern den Forschern die strukturellen Informationen über Biomakromoleküle, die sie benötigen, um die Struktur-Funktions-Beziehung zu verstehen, die den Prozess der Arzneimittelentdeckung und -entwicklung leitet. Die Anwendung von Berechnungswerkzeugen wie GROMACS bei der Arzneimittelentdeckung hilft den Forschern, neue Arzneimittel effizienter zu entwerfen und zu bewerten und gleichzeitig die Ressourcen zu schonen.

Das GROMACS-Forschungs- und Entwicklungsteam an der Universität Stockholm und der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) unter der Leitung des Biophysik-Professors Erik Lindahl ist federführend bei der Entwicklung des GROMACS-Toolkits für Molekulardynamik, einer der weltweit am häufigsten verwendeten HPC-Anwendungen. Die Molekulardynamik gehört zu den zeitaufwändigsten HPC-Anwendungen, da es sich um ein sehr iteratives, rechenintensives Problem handelt. Da die Berechnungen milliardenfach durchgeführt werden, sind Millionen von Codezeilen erforderlich.

Wie es funktioniert

oneAPI, ein offenes und einheitliches Programmiermodell für CPUs und Beschleuniger, unterstützt die Architekturen verschiedener Hersteller, was Lindahl und seinem Team half, die Unterstützung von GROMACS für heterogene Hardware zu erweitern. Dies ist auf die verbesserte Produktivität durch die Verwendung von architektur- und herstellerübergreifenden offenen Standards zurückzuführen. Die auf diesen Standards basierende oneAPI-Programmierung vereinfacht die Softwareentwicklung und bietet Leistung für beschleunigtes Rechnen ohne proprietäre Programmiersprachen oder Herstellerbindung und ermöglicht gleichzeitig die Integration von bestehendem Code, einschließlich OpenMP.

Im Rahmen der oneAPI-Optimierungsarbeiten portierte Lindahls Team den CUDA-Code von GROMACS, der nur auf Nvidia-Hardware läuft, auf SYCL. Dabei kam das Intel® DPC++ Compatibility Tool (Teil des Intel® oneAPI Base Toolkit) zum Einsatz, das in der Regel 90-95 % der Codemigration automatisiert.1,2 Dies ermöglichte dem Team die Erstellung einer neuen, einzigen portablen Codebasis, die architekturübergreifend einsetzbar ist, was die Entwicklung erheblich vereinfacht und Flexibilität für den Einsatz in Umgebungen mit mehreren Architekturen bietet.

Die beschleunigte Rechenleistung von GROMACS wurde durch Optimierungen unter Verwendung von Intel oneAPI Cross-Architecture Tools wie dem oneAPI DPC++/C++ Compiler, oneAPI Bibliotheken und HPC Analyse- und Cluster-Tools ermöglicht. Die oneAPI-Tools befinden sich in der Intel® DevCloud, einer kostenlosen Umgebung zum Entwickeln und Testen von Code für eine Vielzahl von Intel-Architekturen (CPU, GPU, FPGA).

Lesen Sie den vollständigen Artikel : GROMACS 2022 Advances open source drug discovery with oneAPI

Quelle : Intel