Qué hay nuevo: Intel se compromete a fomentar un ecosistema abierto, incluidas las contribuciones técnicas a muchos proyectos de código abierto que están teniendo impactos directos en el mundo real. Un ejemplo es GROMACS, un paquete de dinámica molecular diseñado para simulaciones de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos utilizados para diseñar nuevos productos farmacéuticos. GroMACS 2022, recientemente lanzado, desarrollado con SYCL y oneAPI, exhibe un sólido rendimiento que se ejecuta en múltiples arquitecturas, incluidas las GPU basadas en la arquitectura Intel Xe .
"GROMACS es una de las aplicaciones de dinámica molecular fuente abierta más utilizadas del mundo, y es fácil ver por qué. Las simulaciones que podemos realizar con la aplicación nos otorgan una mejor comprensión de cosas tan pequeñas como las proteínas en nuestros cuerpos hasta tan grandes como las galaxias en el universo. En particular, nuestro trabajo con GROMACS, desarrollado y optimizado con oneAPI, permite a Intel participar en avances significativos en el descubrimiento de fármacos y expande el desarrollo abierto de GROMACS a través de múltiples arquitecturas de cómputo. Y todo esto es mientras colaboramos con la comunidad de fuente abierta que tanto valoramos".
Por qué es importante: Las simulaciones dinámicas moleculares de GROMACS, que funcionan con oneAPI, contribuyen a la identificación de soluciones farmacéuticas cruciales para afecciones como el cáncer de mama, COVID-19, diabetes tipo 2 y otras, junto con proyectos como la iniciativa internacional de computación distribuida Folding@home. En el descubrimiento moderno de fármacos, las simulaciones dinámicas moleculares se aplican ampliamente y con éxito. Estas simulaciones proporcionan a los investigadores la información estructural sobre biomacromoléculas necesaria para comprender la relación estructura-función que guía el proceso de descubrimiento y diseño de fármacos. La aplicación de herramientas computacionales como GROMACS al descubrimiento de fármacos ayuda a los investigadores a diseñar y evaluar nuevos fármacos de manera más eficiente al tiempo que conservan los recursos.
El equipo de investigación y desarrollo de GROMACS en la Universidad de Estocolmo y el KTH Royal Institute of Technology, dirigido por el profesor de biofísica Erik Lindahl, dirige el desarrollo del kit de herramientas de dinámica molecular GROMACS, una de las aplicaciones de HPC más utilizadas del mundo. La dinámica molecular se encuentra entre las aplicaciones de HPC que más tiempo consumen porque es un problema muy iterativo y centrado en la computación. Con la computación sucediendo miles de millones de veces, eso significa que hay millones de líneas de código involucradas.
Cómo funciona: oneAPI, un modelo de programación abierto y unificado para CPU y aceleradores, admite arquitecturas de múltiples proveedores, lo que ayudó a Lindahl y su equipo a expandir el soporte de gromacs de hardware heterogéneo. Esto se debe a la mejora de la productividad mediante el uso de estándares abiertos entre arquitecturas y proveedores. Sobre la base de estos estándares, la programación oneAPI simplifica el desarrollo de software y ofrece rendimiento para la computación acelerada sin lenguajes de programación propietarios o bloqueo de proveedores, al tiempo que permite la integración del código existente, incluido OpenMP.
Como parte del trabajo de optimización de oneAPI, el equipo de Lindahl portó el código CUDA de GROMACS, que solo se ejecuta en hardware Nvidia, a SYCL utilizando la herramienta de compatibilidad Intel® DPC ++ (parte del kit de herramientas base Intel® oneAPI). Esto permitió al equipo crear una nueva base de código portátil única que está lista para arquitecturas cruzadas, lo que agiliza en gran medida el desarrollo y proporciona flexibilidad para la implementación en entornos multiarquitectura.
"Con el soporte completo de GROMACS 2022 de SYCL y oneAPI, extendimos GROMACS para que se ejecute en nuevas clases de hardware. Ya estamos ejecutando simulaciones de producción en las GPU actuales basadas en la arquitectura Intel Xe, así como en la próxima plataforma de desarrollo de GPU basada en la arquitectura Intel Xe Ponte Vecchio a través de Intel® DevCloud. Los resultados de rendimiento en esta etapa son impresionantes, un testimonio del poder del hardware y el software de Intel que trabajan juntos. En general, estas optimizaciones permiten la diversidad en el hardware, proporcionan un rendimiento de alta gama e impulsan la competencia y la innovación para que podamos hacer ciencia más rápido y reducir los costos aguas abajo", dijo Lindahl.
La computación acelerada de GROMACS fue posible gracias a las optimizaciones utilizando herramientas de arquitectura cruzada de OneAPI de Intel , como el compilador oneAPI DPC++/C++, las bibliotecas oneAPI y las herramientas de análisis y clúster de HPC. Las herramientas oneAPI se encuentran en Intel® DevCloud, un entorno gratuito para desarrollar y probar código en una variedad de arquitecturas Intel (CPU, GPU, FPGA). Obtén más información sobre cómo se usaron las herramientas en el siguiente video.
Acerca de GROMACS: GROMACS es un paquete versátil para realizar dinámica molecular, utilizando ecuaciones newtonianas de movimiento, para sistemas con cientos o millones de partículas. GROMACS está diseñado principalmente para moléculas bioquímicas como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos que tienen una multitud de interacciones complicadas entre enlaces. Pero, dado que GROMACS es extremadamente rápido en el cálculo de las interacciones no enlazadas que suelen dominar las simulaciones, muchos investigadores lo utilizan para la investigación de sistemas no biológicos, como los polímeros.
Acerca de oneAPI: oneAPI es un modelo de programación abierto, unificado y de arquitectura cruzada para CPU, GPU, FPGA y otros aceleradores. Basado en estándares, el modelo de programación simplifica el desarrollo de software y ofrece un rendimiento sin compromisos para la computación acelerada sin bloqueo propietario, al tiempo que permite la integración de código heredado.
Acerca del trabajo de Intel con Folding@home: GROMACS es la base para el proyecto de computación distribuida Folding@home destinado a ayudar a los científicos a desarrollar nuevas terapias para una variedad de enfermedades mediante la simulación de la dinámica de las proteínas. La realización de estas desafiantes simulaciones de dinámica molecular requiere un proceso llamado escalado fuerte para simular con éxito los átomos durante la investigación del descubrimiento de fármacos. La capacidad de Intel para admitir GROMACS y, a su vez, Folding@home, con herramientas avanzadas de tecnología de software y optimizaciones de código ayudan a ofrecer una programación heterogénea productiva y de alto rendimiento. En última instancia, esto permite a los desarrolladores y científicos proporcionar las capacidades informáticas necesarias para completar un escalado sólido. Si bien el proyecto aún no ha adoptado GROMACS 2022, los planes son hacer la transición del código para que esté listo para la arquitectura cruzada a tiempo para las próximas GPU de arquitectura Intel Xe .
Más contexto: Avance de GROMACS utilizando oneAPI | Entendiendo nuestro mundo a través de GROMACS | Migración de GROMACS a través de arquitecturas heterogéneas | Intel capacita a los desarrolladores con kits de herramientas oneAPI 2022 | Kits de herramientas Intel oneAPI | Ventaja de software de Intel, decodificada
Nota del editor: esta noticia se editó el 24 de agosto de 2022 para eliminar una referencia a la herramienta de compatibilidad Intel® DPC++ (parte del kit de herramientas base Intel® oneAPI).