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GROMACS 2022 avança descoberta de medicamentos de código aberto com oneAPI

O GROMACS, acelerado por ferramentas de programação aberta e multiarquitetura oneAPI, é executado em GPUs baseadas em arquitetura Intel Xe com forte desempenho.

Quais as novas: A Intel está comprometida em promover um ecossistema aberto, incluindo contribuições técnicas para muitos projetos de código aberto que estão fazendo impactos diretos no mundo real. Um exemplo é o GROMACS, um pacote de dinâmica molecular projetado para simulações de proteínas, lipídios e ácidos nucleicos usados para projetar novos fármacos. O GROMACS 2022, lançado recentemente, desenvolvido usando SYCL e oneAPI, exibe forte desempenho em várias arquiteturas, incluindo GPUs baseadas em arquitetura Intel Xe .

"O GROMACS é uma das aplicações de dinâmica molecular de código aberto mais utilizadas no mundo, e é fácil ver o porquê. As simulações que podemos realizar com a aplicação nos concede melhor compreensão em coisas tão pequenas quanto as proteínas em nossos corpos para tão grandes quanto as galáxias do universo. Mais notavelmente, nosso trabalho com o GROMACS – desenvolvido e otimizado com o oneAPI – permite que a Intel tenha uma mão em avanços significativos na descoberta de medicamentos e expande o desenvolvimento aberto do GROMACS em várias arquiteturas de computação. E isso tudo é enquanto colaboramos com a comunidade de código aberto que nós valorizamos muito."

–Roland Schulz, engenheiro de parallel software da Intel

Por que importa: As simulações dinâmicas moleculares da GROMACS, que são alimentadas pela oneAPI, contribuem para a identificação de soluções farmacêuticas cruciais para condições como câncer de mama, COVID-19, diabetes tipo 2 e outros, além de projetos como a iniciativa internacional de computação distribuída Folding@home. Na descoberta moderna de drogas, simulações dinâmicas moleculares são aplicadas de forma ampla e com sucesso. Essas simulações fornecem aos pesquisadores as informações estruturais sobre biomacromoléculas necessárias para entender a relação estrutura-função que guia o processo de descoberta e design de drogas. A aplicação de ferramentas computacionais como o GROMACS à descoberta de medicamentos ajuda os pesquisadores a projetar e avaliar novas drogas de forma mais eficiente, conservando recursos.

A equipe de pesquisa e desenvolvimento da GROMACS na Universidade de Estocolmo e no KTH Royal Institute of Technology, dirigido pelo professor de biofísica Erik Lindahl, lidera o desenvolvimento do kit de ferramentas de dinâmica molecular gromacs, uma das aplicações HPC mais utilizadas no mundo. A dinâmica molecular está entre as aplicações HPC mais demoradas porque é um problema muito iterativo e focado em computação. Com a computação acontecendo bilhões de vezes, isso significa que há milhões de linhas de código envolvidas.

Como funciona: o oneAPI, um modelo de programação aberto e unificado para CPUs e aceleradores, suporta arquiteturas de vários fornecedores, o que ajudou Lindahl e sua equipe a expandir o suporte do GROMACS ao hardware heterogêneo. Isso se deve à melhoria da produtividade usando a arquitetura cruzada e os padrões abertos entre fornecedores. Com base nesses padrões, a programação oneAPI simplifica o desenvolvimento de software e oferece desempenho para computação acelerada sem linguagens de programação proprietárias ou lock-in de fornecedores, ao mesmo tempo em que permite a integração do código existente, incluindo o OpenMP.

Como parte do trabalho de otimização oneAPI, a equipe de Lindahl portava o código CUDA da GROMACS, que só é executado no hardware da Nvidia, para o SYCL usando a Ferramenta de Compatibilidade Intel® DPC++ (parte do Intel® oneAPI Base Toolkit). Isso permitiu que a equipe criasse uma nova base de código portátil única que esteja pronta para arquitetura cruzada, simplificando muito o desenvolvimento e proporcionando flexibilidade para implantação em ambientes multiarturas.

"Com o suporte total do GROMACS 2022 ao SYCL e ao oneAPI, estendemos o GROMACS para executar em novas classes de hardware. Já estamos executando simulações de produção em GPUs baseadas em arquitetura Intel Xe atuais, bem como na próxima plataforma de desenvolvimento de GPU baseada em arquitetura Intel Xe Ponte Vecchio através do Intel® DevCloud. Os resultados de desempenho nesta fase são impressionantes – uma prova do poder do hardware e software intel trabalhando juntos. No geral, essas otimizações permitem a diversidade no hardware, proporcionam desempenho high-end e impulsionam a concorrência e a inovação para que possamos fazer ciência mais rapidamente e reduzir os custos a jusante", disse Lindahl.

A computação acelerada do GROMACS foi possível através de otimizações usando ferramentas de arquitetura cruzada Intel oneAPI , como o compilador OneAPI DPC+++/C++, bibliotecas oneAPI e ferramentas de análise e cluster do HPC. As ferramentas oneAPI estão no Intel® DevCloud, um ambiente gratuito para desenvolver e testar código em uma variedade de arquiteturas Intel (CPU, GPU, FPGA). Saiba mais sobre como as ferramentas foram usadas no vídeo que se segue.

Sobre a GROMACS: GROMACS é um pacote versátil para a realização de dinâmicas moleculares, usando equações newtonianas de movimento, para sistemas com centenas a milhões de partículas. O GROMACS é projetado principalmente para moléculas bioquímicas como proteínas, lipídios e ácidos nucleicos que têm uma infinidade de interações complicadas. Mas, como o GROMACS é extremamente rápido no cálculo das interações não ligadas tipicamente dominando simulações, muitos pesquisadores o usam para pesquisas em sistemas não biológicos, como polímeros.

Sobre a OneAPI: oneAPI é um modelo de programação aberta, unificada e multi arquitetura para CPUs, GPUs, FPGAs e outros aceleradores. Com base em padrões, o modelo de programação simplifica o desenvolvimento de software e oferece desempenho não comprometido para computação acelerada sem bloqueio proprietário, ao mesmo tempo em que permite a integração do código legado.

Sobre o Trabalho da Intel com Folding@home: O GROMACS é a base para o projeto de computação distribuída Folding@home que visa ajudar os cientistas a desenvolver novas terapêuticas para uma variedade de doenças, simulando a dinâmica das proteínas. Conduzir essas desafiadoras simulações de dinâmica molecular requer um processo chamado escala forte para simular com sucesso átomos durante a pesquisa de descoberta de drogas. A capacidade da Intel de suportar o GROMACS e, por sua vez, Folding@home, com ferramentas avançadas de tecnologia de software e otimizações de código ajudam a fornecer programação heterogênea produtiva e performática. Isso, em última análise, permite que desenvolvedores e cientistas, fornecendo os recursos de computação necessários para completar um forte dimensionamento. Embora o projeto ainda não tenha adotado o GROMACS 2022, os planos são de código de transição para que ele esteja pronto para a arquitetura cruzada a tempo para as próximas GPUs de arquitetura Intel Xe .

Mais contexto: Avançando GROMACS Usando oneAPI | Entendendo nosso mundo através do | gromacs | Portando GROMACS através de arquiteturas heterogêneas | Intel capacita desenvolvedores com kits de ferramentas oneAPI 2022 | Os kits de ferramentas Intel oneAPI | Vantagem de software da Intel, Decodificada

Nota do editor: esta notícia foi editada em 24 de agosto de 2022, para remover uma referência à ferramenta de compatibilidade Intel® DPC++ (parte do kit de ferramentas de base Intel® oneAPI).

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