GAMESS-US

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GAMESS (pour General Atomic and Molecular Electronic Structure System) est un paquet logiciel de chimie quantique ab initio.

Exécution

Soumettre une tâche

Pour savoir comment soumettre une tâche et en faire le suivi, consultez Exécuter des tâches.

La première étape est de préparer un fichier d'entrée GAMESS qui contient la géométrie moléculaire et le calcul à effectuer. Consultez la documentation GAMESS et en particulier la section 2 qui décrit le format du fichier et les mots-clés.

En plus du fichier d'entrée (name.inp dans notre exemple), préparez aussi un script pour la tâche qui spécifie les ressources de calcul requises. Le fichier d'entrée et le script doivent se trouver dans le même répertoire.


File : gamess_job.sh

#!/bin/bash
#SBATCH --cpus-per-task=1       # Number of CPUs
#SBATCH --mem-per-cpu=4000M     # memory per CPU in MB
#SBATCH --time=0-00:30          # time (DD-HH:MM)

## Directory for GAMESS supplementary output files ($USERSCR):
#export USERSCR=$SCRATCH

## Directory for GAMESS temporary binary files ($SCR):
## Uncomment the following two lines to use /scratch instead of local disk
#export SCR="$SCRATCH/gamess_${SLURM_JOB_ID}/"
#mkdir -p $SCR

module load gamess-us/20170420-R1
export SLURM_CPUS_PER_TASK      # rungms will use this
rungms name.inp  &>  name.out


Soumettez la tâche à l'ordonnanceur avec

 sbatch gamess_job.sh

Fichiers scratch

Par défaut, les fichiers binaires temporaires (fichiers scratch) sont enregistrés sur le disque local du nœud de calcul ($SLURM_TMPDIR), ce qui devrait offrir la meilleure performance. N'oubliez pas que les données de $SLURM_TMPDIR seront supprimées lorsque la tâche sera terminée. Si l'espace sur le disque local est insuffisant, utilisez plutôt /scratch avec la variable d'environnement SCR comme ci-dessus.

Les fichiers de sortie supplémentaires sont copiés à l'endroit désigné par la variable d'environnement USERSCR; par défaut, il s'agit du répertoire $SCRATCH de l'utilisateur.

Description Environment Variable Default location
GAMESS temporary binary files SCR $SLURM_TMPDIR (node-local storage)
GAMESS supplementary output files USERSCR $SCRATCH (user's SCRATCH directory)

Exécution sur plusieurs CPUs

Les calculs peuvent s'effectuer sur plus d'un CPU. Le paramètre --cpus-per-task définit le nombre de CPUs disponibles pour le calcul..

Comme la parallélisation se fait par sockets, GAMESS ne peut utiliser que les cœurs CPU qui se trouvent sur le même nœud de calcul. Le nombre de cœurs CPU maximum pour une tâche dépend donc de la taille des nœuds dans la grappe, soit 32 cœurs CPU par nœud sur Graham.

Les calculs en chimie quantique sont reconnus pour ne pas se transposer sur plusieurs CPUs aussi bien qu'en mécanique moléculaire classique, ce qui signifie qu'ils ne sont pas efficaces avec un grand nombre de CPUs. Le nombre précis de CPUs pouvant être utilisés avec efficacité dépend du niveau théorique et de la quantité d'atomes et de fonctions de base.

Pour déterminer un nombre raisonnable de CPUS à utiliser, il faut exécuter un test de scalabilité, c'est-à-dire comparer les temps d'exécution avec des nombres de CPUs différents avec le même fichier. Idéalement, le temps d'exécution devrait diminuer de moitié quand deux fois plus de CPUs sont utilisés. Évidemment, ce serait une piètre utilisation des ressources si par exemple un calcul s'exécutait 30% plus rapidement avec deux fois plus de CPUs. Il se peut même que certains calculs prennent plus de temps avec un nombre plus élevé de CPUs.

Mémoire

Les calculs en chimie quantique dépendent souvent de la quantité de mémoire utilisée (memory bound) et à un niveau théorique plus élevé, de plus grandes molécules ont souvent besoin de plus de mémoire RAM que ce qui est normalement disponible sur un ordinateur. Dans le but de libérer la mémoire, les paquets comme GAMESS font donc usage de stockage scratch pour stocker les résultats intermédiaires et accèdent au disque plus tard pour les calculs.

Le stockage scratch le plus rapide est cependant énormément plus lent que la mémoire. Prévoyez donc une quantité de mémoire suffisante ainsi ː

1. Spécifiez la quantité de mémoire dans le script de soumission de la tâche. La valeur --mem-per-cpu=4000M est raisonnable puisqu'elle équivaut au ratio mémoire-CPU des nœuds de base. Le fait de demander plus pourrait faire en sorte que la tâche reste en attente pour être exécutée sur un nœud de type large.

2. Dans le groupe $SYSTEM group du ficher en entrée, utilisez les options MWORDS et MEMDDI pour indiquer à GAMESS la quantité de mémoire pouvant être utilisée.

  • MWORDS est le maximum de mémoire que la tâche peut utiliser sur chacun des cœurs. Les unités sont de 1,000,000 mots (contrairement à 1024*1024 mots), un mot représentant 64 bits = 8 octets.
  • MEMDDI est la quantité totale de mémoire nécessaire au DDI (distributed data interface), sur la base d'unités de 1,000,000 mots. La mémoire requise sur chaque cœur de processeur utilisant p cœurs-CPU est donc de MEMDDI/p + MWORDS.

Pour plus d'information, consultez la section $SYSTEM group de la documentation GAMESS.

Il importe de garder une marge de sûreté de quelques centaines de Mo entre la mémoire demandée à l'ordonnanceur et celle que GAMESS peut utiliser. Si les résultats de la tâche sont incomplets et que le fichier slurm-{JOBID}.out contient un message comme slurmstepd: error: Exceeded step/job memory limit at some point, ceci indique que Slurm a cessé l'exécution de la tâche parce qu'elle utilisait plus de mémoire que la quantité demandée. Dans ce cas, vous pouvez réduire la valeur de MWORDS ou MEMDDI dans le fichier en entrée, ou augmenter la valeur de --mem-per-cpu dans le script de soumission.

References