The most computationally intensive part of molecular dynamics simulations is the calculation of the forces between neighboring particles. Therefore, it is necessary to optimize these as much as possible to achieve acceptable runtimes, both through algorithmic and hardware- specific means. An example that fits both categories is parallelizing the workload to a high degree. On a low level, this means utilizing vector instructions to fully exploit the processing power of modern CPUs. As one approach to this, in this thesis we implement modes for reduced precision into the molecular dynamics library AutoPas which currently uses double precision exclusively. Through these contributions, certain elements or even all parts of the force calculations are executed in single precision in order to increase parallelization and speed them up. The first part of the work explains the necessary changes to achieve this. It is followed by a demonstration that the adjustments do not impact the desired accuracy of the results. Lastly, we present in our findings that mixed precision did not yield a convincing performance gain, yet single precision delivered a significant uplift up to 1.77 as well as savings in power over the previous double precision implementation.     «

The most computationally intensive part of molecular dynamics simulations is the calculation of the forces between neighboring particles. Therefore, it is necessary to optimize these as much as possible to achieve acceptable runtimes, both through algorithmic and hardware- specific means. An example that fits both categories is parallelizing the workload to a high degree. On a low level, this means utilizing vector instructions to fully exploit the processing power of modern CPUs. As one a...     »

Der rechenaufwendigste Teil von Molekulardynamik Simulationen sind bei weitem die Kraft- berechnungen zwischen benachbarten Teilchen. Es ist daher notwending diese so gut wie möglich zu optimieren um akzeptable Laufzeiten zu erreichen. Dies kann auf algorithmi- schen Wegen oder duch hardware-spezische Optimierungen erzielt werden. Ein Beispiel beide Ansätze ist eine hochgradige Parallelisierung des Rechenaufwands. Auf Implemen- tierungsebene bedeutet das, Vektorinstruktionen zu verwenden, um die volle Rechenleistung moderner Prozessoren auszunutzen. Als ein Ansatz dazu, implementieren wir in dieser Arbeit Modi für reduzierte Präzision in die Molekulardynamik Bibliothek AutoPas, welche bisher ausschließlich doppelte Präzision verwendet. Mit diesen Beiträgen werden bestimmte Teile oder sogar die gesamten Kraft- berechnungen mit einfacher Präzision ausgeführt, um sie stärker zu parallelisieren und zu beschleunigen. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit den hierfür notwendigen Änderungen. Anschließend demonstrieren wir, dass die Anpassungen keinen Einfluss auf die angestrebte Genauigkeit der Ergebnisse haben. Schließlich zeigen wir, dass gemischte Genauigkeit keinen überzeugenden Leistungsgewinn erbrachte, während die einfache Genauigkeit eine signifikante Leistungsverbesserung von 1,77 sowie sowie Einsparungen beim Stromverbrauch gegenüber der vorherigen Implementierung mit doppelter Genauigkeit liefern kann.     «

Der rechenaufwendigste Teil von Molekulardynamik Simulationen sind bei weitem die Kraft- berechnungen zwischen benachbarten Teilchen. Es ist daher notwending diese so gut wie möglich zu optimieren um akzeptable Laufzeiten zu erreichen. Dies kann auf algorithmi- schen Wegen oder duch hardware-spezische Optimierungen erzielt werden. Ein Beispiel beide Ansätze ist eine hochgradige Parallelisierung des Rechenaufwands. Auf Implemen- tierungsebene bedeutet das, Vektorinstruktionen zu verwenden, u...     »