Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie

Berechnung einiger anspruchsvoller quantenchemischer Probleme auf SGI Origin2000 und IBM RS6000/591

Vorwort: Die Hoffnung, daß mit Hilfe der Origin2000 an der TU Dresden Berechnungen möglich werden, die in dieser Form bisher nicht durchführbar waren, hat sich in vielen Fällen nicht erfüllt. Es zeigt sich, daß die Gesamtrechenzeit der kritischste Punkt in Bezug auf den Ressourcenbedarf darstellt. Die gegenwärtig verfügbaren Programmpakete sind offensichtlich auch noch nicht in der Lage, mit der enormen Menge an Hauptspeicher (mehrere GigaByte) effektiv umzugehen. Eine Parallelverarbeitung ist bisher lediglich für einige grundlegende Standardroutinen möglich.

Geschwindigkeitsvergleiche wurden anhand von aktuellen Beispielen, gerechnet an der Origin 2000 der TU Dresden unter dem Batchsystem NQE sowie an einer IBM RS6000/591 des Instituts für Organische Chemie unter dem Batchsystem Loadleveler angestellt.
Der Vergleich bei kleineren Testaufgaben mit GAUSSIAN94 zeigt fast identische Rechenzeiten auf den beiden Maschinen. Ungünstiger für die Origin2000 sieht es bei Testbeispielen mit GAMESS (US) aus: Hier ist die RS6000 bis zu 2 1/2 mal schneller. Die Ursache hierfür liegt offensichtlich in der nicht optimalen Übersetzung des Codes auf der Origin2000.

Die Extrembeispiele:

Anlaß für die Wiederholung einer QCISD-Rechnung auf dem Workstation-Cluster der Chemie war die Tatsache, daß die Aufgabe unter den gegenwärtigen Bedingungen auf der Origin2000 nicht lösbar war (max. Zeitlimit 7 Tage). Die identische Aufgabe brauchte auf der RS6000/591 6 Tage und 2 Stunden. Eine Hochrechnung anhand der notwendigen Iterationszyklen ergab einen CPU-Zeitbedarf von etwa 15 Tagen auf einem Prozessor der Origin2000. Noch langsamer wird die Berechnung auf der Origin2000, verwendet man statt der 256 MB 2 GByte Hauptspeicher. Der geschätzte Gesamtzeitbedarf beträgt jetzt etwa 18 Tage, außerdem erhöht sich der Bedarf an Festplattenplatz von 4,2 GByte auf 7,7 GByte ! Da die QCISD-Methode nicht parallel läuft und benutzerseitig nicht restartbar ist, sind derartige Berechnungen derzeit nur auf dem Workstation-Cluster möglich.

Gleiches sollte auch für Berechnungen gelten, die Probleme ähnlicher Größe beinhalten und auf das QCISD-Verfahren aufsetzen, wie z.B. QCISD(T), G1, G2MP2, G2.

Problematisch sind auch langwierige Optimierungen, wie z.B. im Fall der Becke3Lyp-Hybridmethode bei größeren Molekülen oder der Suche nach Übergangsstrukturen. Eine Beispielrechnung brauchte 59 Tage auf einer RS600/37H (42 Optimierungsschritte). Derartige Rechnungen sind auch auf der Origin2000 ausführbar, allerdings sind hier eine Vielzahl von Restarts notwendig. Durch Abbruch innerhalb von Optimierungszyklen geht ein Teil der Rechenzeit verloren, insbesondere ist aber der zusätzliche manuelle Aufwand nicht zu unterschätzen.

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