Efficient Inter-node MPI Communication Using GPUDirect RDMA for InfiniBand Clusters with NVIDIA GPUs

英菲尼班德 远程直接内存访问 计算机科学 瓶颈 PCI Express 并行计算 超级计算机 消息传递 低延迟(资本市场) 操作系统 嵌入式系统 计算机网络 数据采集
作者
Sreeram Potluri,Khaled Hamidouche,Akshay Venkatesh,Devendar Bureddy,Dhabaleswar K. Panda
标识
DOI:10.1109/icpp.2013.17
摘要

GPUs and accelerators have become ubiquitous in modern supercomputing systems. Scientific applications from a wide range of fields are being modified to take advantage of their compute power. However, data movement continues to be a critical bottleneck in harnessing the full potential of a GPU. Data in the GPU memory has to be moved into the host memory before it can be sent over the network. MPI libraries like MVAPICH2 have provided solutions to alleviate this bottleneck using techniques like pipelining. GPUDirect RDMA is a feature introduced in CUDA 5.0, that allows third party devices like network adapters to directly access data in GPU device memory, over the PCIe bus. NVIDIA has partnered with Mellanox to make this solution available for InfiniBand clusters. In this paper, we evaluate the first version of GPUDirect RDMA for InfiniBand and propose designs in MVAPICH2 MPI library to efficiently take advantage of this feature. We highlight the limitations posed by current generation architectures in effectively using GPUDirect RDMA and address these issues through novel designs in MVAPICH2. To the best of our knowledge, this is the first work to demonstrate a solution for internode GPU-to-GPU MPI communication using GPUDirect RDMA. Results show that the proposed designs improve the latency of internode GPU-to-GPU communication using MPI Send/MPI Recv by 69% and 32% for 4Byte and 128KByte messages, respectively. The designs boost the uni-directional bandwidth achieved using 4KByte and 64KByte messages by 2x and 35%, respectively. We demonstrate the impact of the proposed designs using two end-applications: LBMGPU and AWP-ODC. They improve the communication times in these applications by up to 35% and 40%, respectively.
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