PDF《计算化学软件 使用》

计算化学软件 计算化学软件 计算化学软件 计算化学软件使用 使用 使用 使用经验 经验 经验 经验 张宝花 中国科学院超级计算中心 2012.

11.09 提纲?量子化学软件 ? 分子模拟软件 ? Gaussian软件 ? VASP软件 ? MS软件――DMOL3和CASTEP ? 总结 量子化学软件 ? 量子化学――应用量子化学的基本原理和方法研究化学 问题. ? 基于第一性原理,主要处理体系电子效应相关 ? 分子轨道理论、价键理论、密度泛函理论 ? 研究分子结构、化学反应、分子性质 ? 常见量子化学软件:Gaussian、NWChem、VASP、Q-Chem、 ADF、Turbomole、Molpro、Gamess等. ? 计算特点:对CPU、内存、IO等需求比较大,大量的集合通信

4 分子模拟软件 ? 分子模拟――依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动 ? 基于经典牛顿方程,不考虑电子效应,应用不同的力场 ? 主要处理大分子体系:动力学行为、宏观性质 ? 考虑不同系综的计算:NPT,NVE,NVT等?常见的分子动力学软件:Gromacs、NAMD、 AMBER、 LAMMPS、Charmm等. ? 计算特点:对CPU和IO需求较大,大量的点到点通信.

5 Gaussian软件 概述 ? Gaussian Gaussian Gaussian Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包.其可执 行程序可在不同型号的大型计算机,超级计算机,工作站 和个人计算机上运行,并相应有不同的版本. ? 最新版本:G09 C01 ? 特点优势:处理反应机理和过渡态、计算分子性质 ? 程序设计时考虑到使用者的需要.所有的标准输入采用自 由格式和助记代号,程序自动提供输入数据的合理默认选 项,计算结果的输出中含有许多解释性的说明.程序另外 提供许多选项指令让有经验的用户更改默认的选项,并提 供用户个人程序连接Gaussian 的接口.

7 计算特点 ? 并行策略分为节点间openmp并行和节点间的linda并行. ? 对计算能力的需求很大,单个节点配备越多的CPU将 提供越强大的计算能力. ? 对内存要求较高(例如CIS,CCSD等计算),节点内 存比较大,计算效率高. ? 在计算过程中要写出大量临时文件,I/O要求高 ? 网络要求低延迟通信

8 胖节点:2套SGI Altix 4700, Intel Itanium

2 处理器,NUMA结构,主频 1.66GHz, 内存2.5TB,188颗处理器,376个CPU核心 刀片节点: 1140个两颗四核Xeon处理器E4540,主频3.00GHz,内存32GB %chk=A_INT1-H2-1.chk # opt iop(1/8=5) b3lyp/geneCP Title Card Required

0 1 坐标和键长、键角、二面角等参 数...... C N P O H

0 6-31+G** **** Ru

0 lanl2dz **** Ru

0 lanl2dz Gaussian Gaussian Gaussian Gaussian Overlay1 Overlay1 Overlay1 Overlay1 Overlay9,10,11,99 Overlay9,10,11,99 Overlay9,10,11,99 Overlay9,10,11,99 L101 L101 L101 L101 L102 L102 L102 L102 L122 L122 L122 L122 Overlay0 Overlay0 Overlay0 Overlay0 L0 L0 L0 L0 L001 L001 L001 L001 Gaussian Gaussian Gaussian Gaussian 程序的结构 link0: link0: link0: link0: 初始化程序,控制overlay overlay overlay overlay link1: link1: link1: link1: 读入并处理Route Route Route Route Section Section Section Section,建立要执行的link link link link列表 link9999: link9999: link9999: link9999: 终止计算 Overlay99 Overlay99 Overlay99 Overlay99 L9999 L9999 L9999 L9999 其中部分程序可以并行执行,部分 程序只能串行执行 几个比较消耗CPU的Link 都实现了 并行(如L502,L

701、L913)

10 越是精确的计算,就越需要大的资源,就越昂贵.一般的,体 系的大小用总基组函数数量(N)表示,也有的方法取决于占据轨 道和非占据轨道的基组函数数量(O和V). 下表列出不同方法理论上的资源消耗(N4=N^4) 资源使用 对于小的体系,其计算成本差别是不大的,只有处理大 的体系时,其差别才显现出来. 正常的 实际消耗 CPU 内存 磁盘 CPU 磁盘 传统SCF N4 N2 N4 N3.5 N3.5 直接SCF N4 N2 - N2.7 N2 MP2能量 传统 ON4 N2 N4 ON4 N4 直接 ON4 OVN - O2N3 N2 半直接 ON4 N2 VN2 O2N3 VN2 MP2梯度 传统 ON4 N2 N4 ON4 N4 直接 ON4 N3 - O2N3 N2 半直接 ON4 N2 N3 O2N3 N3 MP4,QCISD(T) O3V4 N2 N4 O3V4 N4 全CI(CPU) ((O+V)!/O!V!)2