Hyperparameter Optimization for Molecular Dynamics Calculations in Kubernetes

Ing. Adam Ondrejka

Diplomová práce

Anotace:

Efektivita simulací molekulární dynamiky silně závisí na správné konfiguraci parametrů simulace, jako je počet výpočetních uzlů, počet procesů MPI, počet vláken v procesech a využití GPU při výpočtech. Nesprávné nastavení může vést k nízkému výkonu, plýtvání zdroji a časem výpočtu, což je běžné, protože optimalizace je pro mnoho uživatelů obtížná. Cílem této práce je implementovat službu pro automatizaci ladění těchto parametrů na základě potřeb jednotlivých simulací. Služba nativně funguje v prostředí Kubernetes, je škálovatelná a podporuje pokročilé potřeby a scénáře. Obsahuje také API a rozhraní CLI, které umožňují uživateli se službou komunikovat. Díky chytrým optimalizačním algoritmům se služba snaží najít optimální kombinaci parametrů, aniž by bylo nutné vyčerpávajícím způsobem testovat všechny možné kombinace.

Abstract:

The efficiency of molecular dynamics simulations heavily depends on correctly configuring the simulation’s parameters, such as the number of computational nodes, the number of MPI processes, the number of threads in the processes, and whether GPUs are leveraged in the computation. Incorrect settings can lead to poor performance, wasted resources, and computational time, which is common because optimization is difficult for many users. The aim of this thesis is to implement a service to automate the tuning of these parameters based on the needs of each simulation. The service works natively in Kubernetes environments, is scalable, and supports advanced needs and scenarios. It also includes an API and a CLI interface for the user to interact with. By using smart optimization algorithms, the service tries to find optimal parameter settings without needing to test every possible combination exhaustively.

Keywords

molecular dynamics, optimization, performance optimization, parallel computing, Kubernetes, Ray, gromacs, Python, Docker

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2025
• Vedoucí: Mgr. Aleš Křenek, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Viktória Spišaková

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Softwarové inženýrství / Návrh a vývoj softwarových systémů