Molekulardynamik-Simulation: Niemand faltet Proteine schneller als Anton

Ein "feuerspeiendes Monster" für Molekulardynamik-Simulationen: Anton 3 ist ein ungewöhnlicher Chip, geschaffen für einen einzigen Zweck.

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Anton 3 auf seinem Node Board
Anton 3 auf seinem Node Board (Bild: DERS)

In nicht wenigen Systemen stecken keine Grafikkarten oder Prozessoren, sondern speziell dafür entwickelte Schaltungen - sogenannte ASICs. Einer dieser Chips ist der Anton 3 von D.E. Shaw Research, der speziell für die Molekulardynamik-Simulation entworfen wurde und daher jede CPU/GPU schlägt.

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Benannt nach Antoni van Leeuwenhoek, einem niederländischen Naturforscher, sind die Anton-ASICs dafür ausgelegt, die Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen zu berechnen. Das Falten von Proteinen ist ein klassisches Beispiel, wobei Anton 3 mehr leistet als alle Systeme von Folding@home vereint.

Der Chip folgt auf den Anton 1 und den Anton 2, der Fokus für Anton 3 lag auf einer höheren Geschwindigkeit und einem besser ausbalancierten Design. Die Basis eines jeden ASICs bilden die Core Tiles, welche aus GCs (Geometry Cores) und PPIMs (Pairwise Point Interaction Modules) für die Berechnungen bestehen.

451 mm² mit 360 Watt

Neben mehr Ressourcen wie einem verdoppeltem SRAM-Puffer bei den Core Tiles gibt es die neue BOND-Einheit, um kovalente Bindungen wie den Torsionswinkel zu berechnen. Neben den Core Tiles gibt es noch Flex Tiles außen am ASIC, welche die off-Chip-Kommunikation übernehmen, um viele Anton 3 zu verknüpfen.

  • Anton ist für Molekulardynamik-Simulationen ausgelegt. (Bild: DESRES)
  • Der Fokus für Anton 3 lag auf Performance und dem Entfernen von Flaschenhälsen. (Bild: DESRES)
  • Anton 3 besteht aus Core Tiles für Berechnungen ... (Bild: DESRES)
  • ... und aus Edge Tiles für die off-Chip-Kommunikation. (Bild: DESRES)
  • Insgesamt gibt es 528 Kerne via 22/24-Grid. (Bild: DESRES)
  • Anton 3 im Vergleich zu seinen beiden Vorgängern (Bild: DESRES)
  • Das Bring-up lief erfolgreich. (Bild: DESRES)
  • Anton 3 basiert auf Node Boards. (Bild: DESRES)
  • 512 Knoten bilden das Gesamtsystem. (Bild: DESRES)
  • Performance von Anton 3 (Bild: DESRES)
Anton ist für Molekulardynamik-Simulationen ausgelegt. (Bild: DESRES)
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Der Chip selbst wird in einem 7-nm-Verfahren gefertigt, er misst 451 mm² bei 31,8 Milliarden Transistoren und benötigt 360 Watt. Im Vergleich zum Anton 2 steigt die Menge der PPIMs von 76 auf 528 enorm, der ältere ASIC entstand allerdings noch in einem 40-nm-Verfahren. Anton 3 berechnet Proteine bereits mit 250 MHz schneller als Anton 2 - der Takt des neuen Chips liegt bei über 2,8 GHz.

D.E. Shaw Research verbaut den Anton 3 in wassergekühlten Nodes, die neben einem ASIC auch einen FPGA und mehrere CPUs umfassen. Insgesamt gibt es 512 Knoten wie bei Anton 2, die Performance liegt allerdings mehrere Faktoren höher und Anton 3 kann für Simulationen von weit über 50 Millionen Atomen eingesetzt werden.

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