如何使用M1芯片在mini上运行支持MPI的LAMMPS？

Question

最近，我正在做一些分子动力学模拟(LAMMPS)在我的M1 Mac迷你。

对于一个简单的任务，我使用命令：

lmp_serial -in run.in.npt

我相信这意味着单CPU计算。我花了4分45秒的时间。然后我尝试使用4个核心运行：

mpirun -np 4 lmp_mpi -in run.in.npt

我花了1分51秒。

但当我使用8个核心时：

mpirun -np 8 lmp_mpi -in run.in.npt

它没有跑得更快，我花了3分38秒。

作为比较，然后我尝试了2个核心和6个核心，我在这里总结：

1 core  : 4 min 45 second
2 cores : 2 min 55 second
4 cores : 1 min 51 second
6 cores : 4 min 45 second
8 cores : 3 min 38 second

谁知道原因是什么？这与开放MPI有关吗？(如果它不是预装在Mac中的话，我以后就不会安装了)

Answer 1

LAMMPS通过执行域分解来分配工作。例如，通过空间分解，将模拟体积切割成盒，并将特定盒中的所有粒子分配到某个MPI级别进行处理。因为分子动力学的整合是一个全局同步的操作，所以每个步骤只有在所有MPI级都完成时才能完成。因此，完成集成步骤所需的时间等于最慢的MPI级别完成其指定框(Es)的时间。

M1是一种类似于ARM DynamIQ (big.LITTLE的继承者)的体系结构，它既封装了速度快但耗电量大的内核(Firestorm核)，又封装了速度慢但功耗高的内核(Icestorm核)。Mini中的M1芯片有四种类型。由于macOS不提供显式的CPU亲和力，所以MPI库只是启动给定的级别，并由操作系统在可用的核心上尽可能高效地调度它们。最多有四个MPI级别，他们最终都在自己的火暴核心上。一旦你超过了四个MPI等级，有些会降落在一个缓慢的冰风暴核心，或者分时度假是一个快速核心与其他等级。在这两种情况下，至少有一个级别将比其他级别慢得多，因此总体性能将受到影响。

另外要注意的是，现代CPU根据热环境的不同而改变其核心频率。如果只有一个核心被加载，它可能会被提升的方式超过其标称频率。当更多的堆芯被加载时，产生更多的热量，并且堆芯在频率上不会像前一种情况那样得到很高的提升。因此，从1到2到4核不会给你线性速度，即使问题是令人尴尬的平行。

此外，请记住，所使用的域分解类型可能会对并行性能产生巨大影响。例如，在空间分解中，如果原子在子域之间的分布不均匀，或者它们以不均匀的方式在它们之间移动，就会出现负载不平衡，并且会再次受到加速的影响。