《使用OpenMP与OpenACC在Fortran中进行分子动力学模拟——MDFort解析》 分子动力学模拟（Molecular Dynamics，MD）是计算化学和物理领域的重要工具，它通过数值方法来模拟分子系统的运动，以研究物质的性质。在高性能计算环境中，OpenMP和OpenACC并行编程技术的应用能显著提升MD模拟的效率。MDFort，作为一个基于Fortran的MD模拟软件，巧妙地融合了这两种并行化技术，实现了高效、大规模的分子动力学模拟。 让我们深入了解OpenMP。OpenMP是一种用于共享内存并行计算的API，主要应用于C、C++和Fortran等编程语言。它提供了一组库函数和编译器指令，允许程序员轻松地在多核处理器上实现并行化。在MDFort中，OpenMP被用来并行化分子系统的更新计算，每个核负责处理一部分分子，从而充分利用多核处理器的计算能力，提高整体计算速度。 OpenACC是另一种并行编程模型，主要用于加速GPU（图形处理单元）计算。与OpenMP不同，OpenACC主要针对异构计算环境，特别是那些包含CPU和GPU的系统。在MD模拟中，OpenACC可以将耗时的计算任务如力场计算、分子间相互作用的评估等转移到GPU上执行，以利用其并行计算能力，进一步提升性能。 MDFort的主要工作流程包括以下几个步骤： 1. 初始化：设定模拟参数，如分子数量、温度、压力、时间步长等，并构建分子系统，分配到各个计算单元。 2. 力场计算：使用预定义的力场模型，如CHARMM、AMBER等，计算分子间的相互作用力，这是MD模拟的核心部分。 3. 时间步进：基于牛顿运动定律，根据当前力场计算每个分子的新位置和速度，这一步通常采用Verlet算法或其他高精度积分方法。 4. 并行化处理：通过OpenMP并行化分子的更新计算，每个线程处理一部分分子，同时利用OpenACC将计算密集型任务卸载到GPU上。 5. 边界条件处理：对于周期性边界条件，确保分子在模拟箱内的碰撞得到正确处理。 6. 输出与分析：收集并存储模拟数据，如分子坐标、速度、能量等，以便后期分析和可视化。 7. 循环迭代：重复以上步骤，直到达到设定的模拟时间或满足其他停止条件。 MDFort的设计和实现充分考虑了并行计算的效率和可扩展性。通过合理地划分工作负载，结合OpenMP和OpenACC的优势，使得MDFort能够在各种硬件平台上高效运行，无论是多核CPU还是配备GPU的高性能计算集群。这对于科学研究者来说，意味着能够更快地获取模拟结果，更深入地探索分子世界的奥秘。 总结，MDFort是一款结合了OpenMP和OpenACC的Fortran分子动力学模拟软件，它的出现为科学研究提供了强大的计算工具，极大地提高了MD模拟的效率，使得复杂的化学和物理过程的模拟成为可能。对于想要深入理解和应用分子动力学模拟的用户，掌握MDFort及其背后的并行计算原理至关重要。

刚开始学习分子动力学，在尝试了一段时间的lammps建模之后听说使用atomsk建模更加容易一些，因此选择对其进行学习，又因本人比较喜欢纸质版的东西，故进行了翻译整理，希望后续可以翻阅查看，也希望可以为大家带来帮助。 Atomsk 是一个强大的工具，主要用于分子动力学模拟前的预处理工作，如创建、修改和分析晶体结构。本文档是 Atomsk 的中文手册，旨在帮助初学者更好地理解和使用该软件。以下是对各功能命令的详细解释： 1. **add-atom(添加原子)**：这个功能用于在现有结构中增加新的原子，可以指定原子类型、位置以及添加的数量，以构建或扩展你的晶体模型。 2. **add-shells(创建壳)**：这个命令可以帮助你为部分或所有原子添加壳层，这对于模拟表面或界面的性质非常有用，可以增加原子层以模拟表面粗糙度或者界面相互作用。 3. **alignx(向量对齐)**：此功能可将第一个单元格向量与 X 轴对齐，确保你的模型具有正确的对称性和定向，这对于后续的模拟计算非常重要。 4. **cell(修改单元格向量)**：单元格向量是描述晶体结构的关键参数，你可以通过这个命令调整其长度和方向，以适应不同类型的晶体结构或模拟需求。 5. **center(居中)**：此命令可以将整个系统移动到其边界框的中心，便于观察和处理。 6. **crack(插入裂缝)**：在分子动力学中，研究材料断裂和裂纹行为很重要，Atomsk 提供了插入直线裂缝的功能，以便模拟裂纹扩展过程。 7. **cut(清除部分)**：可以删除系统中的选定区域，比如去除不想要的晶格部分或创建缺陷。 8. **deform(施加应力或应变)**：此功能允许你对系统施加单向的应力或应变，模拟拉伸、压缩或剪切等力学行为。 9. **dislocation(插入位错)**：位错是晶体中的线缺陷，对材料的机械性能有显著影响。尽管这部分你还不太熟悉，但 Atomsk 提供了插入位错的能力，对理解材料的塑性变形至关重要。 10. **disturb(随机移动原子)**：这个命令可以随机扰动原子的位置，模拟热运动或其他无序效应，这对于研究非完美晶体或高温环境下的系统特别有用。 11. **duplicate(复制系统)**：通过复制现有系统，你可以构建更大的超晶胞，模拟大尺度结构或探究周期性边界条件下的现象。 12. **fix(修复坐标)**：有时原子坐标可能因为各种原因出现错误，这个功能可以用来修正这些问题，确保模型的准确性。 13. **fractional(简化坐标)**：原子坐标可以表示为分数形式，这个选项用于将坐标从笛卡尔坐标转换为简化坐标，适用于周期性边界条件的处理。 14. **mirror(镜像转换)**：可以将系统沿指定平面进行镜像操作，用于创建对称结构或模拟表面的反面。 15. **options(应用选项)**：从文件读取选项列表，允许用户自定义和控制 Atomsk 的运行参数，提高灵活性和效率。 16. **orient(改变晶体方向)**：这个功能允许你改变晶体的定向，这对于研究特定方向上的性质（如晶体的滑移面或解理面）非常有用。 17. **orthogonal-cell(正交单元)**：寻找等效的正交单元格，保留系统的周期性，使得某些计算更为简便，例如计算晶体的电子结构。 18. **properties(设置属性)**：通过这个命令可以设置系统的各种属性，如原子类型、电荷、质量等，这些属性会影响分子动力学模拟的结果。 以上是 Atomsk 中文手册的部分内容概述，涵盖了原子结构的创建、修改和分析的基本操作。对于分子动力学模拟的学习者来说，掌握这些命令将极大地提高建模效率并提升研究质量。继续深入学习和实践，你将能够熟练运用 Atomsk 进行复杂晶体结构的建模和分析。

MSMBuilder的 MSMBuilder是一个python软件包，它为高维时间序列实现了一系列统计模型。 它特别专注于生物分子动力学的原子模拟的分析。 例如，MSMBuilder已用于通过分子动力学（MD）模拟对蛋白质折叠和构象变化进行建模。 LGPL（v2.1或更高版本）提供MSMBuilder。 功能包括： 将特征提取到二面体，联系方式等中 具有多种算法的几何聚类。 使用时间结构独立成分分析（tICA）和主成分分析（PCA）进行降维。 马尔可夫状态模型（MSM）的构造 率矩阵MSM构造 隐藏马尔可夫模型（HMM）构造 时标和过渡路径分析。 在查看文档，并加入。 有关MSMBuilder的更广泛概述，请看一下我们的。 安装 对于优选的安装机构msmbuilder与conda ： $ conda install -c omnia msmbuilder 如果您没有cond

Cellulose-builder 是一个用户友好的程序，可以构建不同尺寸和几何形状的纤维素晶体结构。该程序以蛋白质数据库格式为指定结构的所有原子生成笛卡尔坐标，适合用作分子动力学模拟和其他计算中的起始配置。纤维素多晶型物 Iα、Iβ、II 和 III I的晶体结构实际上任何尺寸的纤维都可以很容易地构建，包括平行六面体、任何长度的植物细胞壁纤维素基本原纤维和单层。

Cu熔化及凝固过程的分子动力学模拟，黄维，梁工英，采用Embedded-Atom Method (EAM)作用势，利用分子动力学方法模拟Cu的熔化及凝固过程，研究了不同冷却速率对液态Cu凝固过程的影响，分析了升

包含简易实践amber分子动力学计算方法

基于amber分子动力学: 蛋白质-蛋白质亲和力计算实作范例

VASP是使用赝势和平面波基组，进行第一定律分子动力学计算的软件包。VASP中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子基态。这些技术可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。离子和电子的相互作用超缓Vanderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。力与张量可以用VASP很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。

性质：

以平面波为基础的自洽赝势积分方法；
超软赝势；
最新引用Blochl的全电子投影扩张波（PAW）方法，覆盖了周期表中的所有元素；
局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA)；
旋转限制和旋转极化；
应用到块状体系、表面和界面；
总能量，力场和全压力张量；
格参数和原子位置的同时松弛；
从头分子动力学；
产生Monkhorst-Pack特殊K点；
设计定位，旋转和局域波的态密度；
费米水平的部分态密度；
电荷密度旋转密度；
轨道和轨道密度。


操作平台:Linux/Unix

分子动力学中lammps软件中的cvff力场参数文件

2020版本的分子动力学Lammps最全指导手册，包括lammps的安装指导，命令的使用，其它工具包的编译，特别是命令查找非常方便。