中心邮箱
|
用户VPN登陆: 联通 电信
|
English

应用软件资源

在天河共享分区(/vol6、/vol-th、/work、/THL4)下已安装有常用基础应用软件和科学计算软件。表1和表2以用户账号在/vol6共享分区为例,如果用户账号在其他共享分区如/vol-th下,请将表中的/vol6/software修改为/vol-th/software即可。

表1 基础应用软件列表(以/vol6共享分区为例)

注:以上全部使用Intel 2013编译器编译生成,其中部分应用软件分为串行版本和并行版本。

表2 科学计算软件列表(以/vol6共享分区为例)

注:

1. 如果用户使用某些商用科学计算软件如VASP/Amber等,需提供版权,且用户需对合法性负责,我中心可协助安装部署。

2. 我们会根据用户实际需求不断更新软件资源,关于软件使用方面更为详细的了解,请查阅《天河大系统用户手册》,或与我中心技术支持人员联系。

邮箱:service@nscc-tj.gov.cn

电话:022-65375561,022-65375527,022-65375570

商业软件资源

中心在计算结构力学分析、计算流体力学分析、前后处理等方面配置了多款商业软件,可以广泛应用在汽车碰撞、工业气体爆炸和钣金模具成型;铁道、建筑、产品疲劳分析、模态振动和压力容器;复杂非线性问题,短暂、瞬时的动态事件;与流体、热传递和化学反应有关的工业仿真;多物理场耦合;流固耦合、汽车、空气动力学;结构、流体分析模型的几何模型建立、网格划分、边界条件设置、仿真结果可视化等领域。

生物医药领域

1、NAMD

NAMD(NAnoscale Molecular Dynamics)是用于在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系的并行分子动力学代码。NAMD用经验力场,如Amber,CHARMM和Dreiding,通过数值求解运动方程计算原子轨迹。

2、GROMACS

GROMACS是用于研究生物分子体系的分子动力学程序包。它可以用分子动力学、随机动力学或者路径积分方法模拟溶液或晶体中的任意分子,进行分子能量的最小化,分析构象等。它的模拟程序包包含GROMACS力场(蛋白质、核苷酸、糖等),研究的范围可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶体和生物分子溶液。GROMACS是一个功能强大的分子动力学的模拟软件,其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势。

3、DESMOND

DESMOND是由D.E.Shaw Research公司开发的相对较新的分子动力学模拟软件,主要应用于生物体系,如膜蛋白,小分子等。可以使用不同的力场,如CHARMM、AMBER、OPLS等,Desmond对膜蛋白的模拟非常的重视,其自带工具可以很方便的构建膜蛋白模拟体系。

4、AutoDock

AutoDock是The Scripps Research Institute的Olson科研小组使用C语言开发的分子对接软件包,目前最新的版本为4.01。AutoDock其实是一个软件包,其中主要包括AutoGrid和AutoDock两个程序。其中AutoGrid主要负责格点中相关能量的计算,而AutoDock则负责构象搜索及评价。

5、DOCK

DOCK是UCSF Kuntz小组于1982年开发的分子对接程序,早期的版本以刚性对接为主,从4.0版开始考虑配体的柔性。像这样的半柔性(刚性受体-柔性配体:rigid receptor-flexible ligand docking)对接程序还有AutoDock、FlexX等。

计算化学领域

1、NWChem

NWChem是运行在高性能并行超级计算机和通常工作站集群上的计算化学软件,可以用在大多数计算平台上。NWChem使用标准量子力学描述电子波函或密度,计算分子和周期性系统的特性,还可以进行经典分子动力学和自由能模拟。

2、GAMESS

GAMESS,从头计算量子化学程序,可以从RHF,ROHF,UHF,GVB和MCSCF计算波函,其中一些使用CI和MP2修正。自恰场的解析梯度用于自动几 何优化,过渡态寻找,跟踪反应路径。能量hessian的计算允许预测振动频率。可以计算大量的分子特性,从简单的偶极矩到含频率超级极化率。内部储存了 大量基组和有效核势,分子中可以包含到Ra的所有元素。几个图形程序用于显示最终结果。支持并行计算。

3、CPMD

CPMD计算软件是意大利理论物理研究中心发布的Quantum-ESPRESSO计算软件包中的两大模块之一。Quantum-ESPRESSO软件包的开发遵守GNU自由软件的协议,是基于密度泛函理论,应用平面波基组和赝势方法的第一性原理计算软件。先前由于计算软件的落后而使得一些有用的方法如线性响应、超软赝势CP分子动力学(MD)方法等,受到了应用上的阻碍,这个软件的发布正是基于这种情况,从而提供了应用这些方法的一个平台。它包括两大模块:PWscf和CPMD。

计算材料科学领域

1、LAMMPS

LAMMPS即Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator,可以翻译为大规模原子分子并行模拟器,主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作,一般来讲,分子动力学所涉及到的领域,LAMMPS代码也都涉及到了。

LAMMPS由美国Sandia国家实验室开发,以GPL licence发布,即开放源代码且可以免费获取使用,这意味着使用者可以根据自己的需要自行修改源代码。LAMMPS可以支持包括气态,液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系,并提供支持多种势函数。且LAMMPS有良好的并行扩展性。

2、DL_POLY

DL_POLY是串行和并行分子动力学模拟软件包。DL_POLY目前有两个版本。DL_POLY_2是原始版本,用复制数据的方法并行化,适用于在100个处理器上模拟三万个原子的情况;DL_POLY_3的并行化使用区域分解,适用于在8至1024个处理器上,模拟百万量级的原子。对于一个DL_POLY许可,同时提供两个版本。DL_POLY还提供基于JAVA语言的图形用户界面。

3、SIESTA

SIESTA是一个可以免费索取许可的学术计算软件,用于分子和固体的电子结构计算和分子动力学模拟。SIESTA 使用标准的Kohn-Sham 自恰密度泛函方法,计算使用完全非局域形式(Kleinman-Bylander)的标准守恒赝势。基组是数值原子轨道的线性组合(LCAO)。它允许任意个角动量,多个zeta,极化和截断轨道。计算中把电子波函和密度投影到实空间网格中,以计算Hartree和XC势,及其矩阵元素。除了标准的Rayleigh-Ritz本征态方法以外,程序还允许使用占据轨道的局域化线性组合。使得计算时间和内存随原子数线性标度,因而可以在一般的工作站上模拟几百个原子的体系。

4、GULP

GULP最初设计的目的是拟合立场,现在已经逐步发展成为模拟凝聚态物质的通用代码,可以模拟无机固体、团聚体、缺陷、表面、界面以及聚合物等。

5、PWscf

PWscf计算软件是意大利理论物理研究中心发布的Quantum-ESPRESSO计算软件包中的两大模块之一。Quantum-ESPRESSO软件包的开发遵守GNU自由软件的协议,是基于密度泛函理论,应用平面波基组和赝势方法的第一性原理计算软件。先前由于计算软件的落后而使得一些有用的方法如线性响应、超软赝势CP分子动力学(MD)方法等,受到了应用上的阻碍,这个软件的发布正是基于这种情况,从而提供了应用这些方法的一个平台。它包括两大模块:PWscf和CPMD。

6、ABINIT

ABINIT的主程序使用赝势和平面波,用密度泛函理论计算总能量,电荷密度,分子和周期性固体的电子结构,进行几何优化和分子动力学模拟,用TDDFT(对分子)或GW近似(多体微扰理论)计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理,材料科学,化学和材料工程的研究,包括固体,分子,材料的表面,以及界面,如导体、半导体、绝缘体和金属。

气象领域软件

1、GRAPES

GRAPES是中国气象科学研究院数值预报研究中心自主开发的新一代静力/非静力多尺度通用数值预报模式。该模式采用标准化、模块化软件体系结构,并严格按照软件工程要求完成系统开发,包括程序的并行计算。初步试算结果表明:GRAPES模式软件框架的设计和实现符合模式发展的要求,为中国数值天气预报系统的可持续发展奠定了良好的基础。

2、WRF

由美国环境预测中心(NCEP),美国国家大气研究中心(NCAR)等美国的科研机构为中心开始着手于2000年开发出的一种气象模式。WRF模式为完全可压缩以及非静力模式,采用F90 语言编写。水平方向采用Arakawa C(荒川C)网格点,垂直方向则采用地形跟随质量坐标。WRF 模式在时间积分方面采用三阶或者四阶的Runge-Kutta 算法。WRF模式不仅可以用于真实天气的个案模拟,也可以用其包含的模块组作为基本物理过程探讨的理论根据。

3、MM5

第五代中尺度模式是近年由美国大气研究中心(NCAR)和美国滨州大学(PSU)在mm4基础上联合研制发展起来的中尺度数值预报模式,已被广泛应用于各种中尺度现象的研究。MM5在以往模式基础上作了许多变化,主要有以下几点:1)复合区域嵌套功能,2)菲静力部分扩展,3)四位数据同化功能以及较多的物理过程参数化,能够方便、广泛地应用于各种计算平台。在我国已建成的有限区域数值天气预报业务系统中,北京气象局和天津气象局等均采用该模式作为业务模式。MM5是基于天气运动变化的非线性变化偏微分方程组,处理大密度的数据、进行复杂的运算。

GPU软件资源

1、NAMD 2.8 CUDA天河编译环境

NAMD在天河上的编译环境是:

Intel Compiler 11.1

CUDA 4.0

Tianhe MPI

2、NAMD 2.8 CUDA使用指南

NAMD 2.8 CUDA的可执行文件位于/vol-th/home/gpu-app/bin/namd2。用户使用可以与国家超级计 算天津中心的菅晓东联系(jianxd@nscc-tj.gov.cn)具体使用方法。

例子1:NAMD的stmv问题定义详见NAMD网站:

http://www.ks.uiuc.edu/Research/STMV/#stmv

此问题的输入文件位于/vol-th/home/gpu-app/stmv/stmv.namd。

使用GPU在天河上求解stmv的步骤为:

[gpu-app@ln1%tianhe stmv]$ cd /vol-th/home/gpu-app/stmv/

[gpu-app@ln1%tianhe stmv]$ yhrun -N x -n y -p gpu_test namd2 +idlepoll stmv.namd

其中x为使用的节点个数,y我们推荐为等于6*x(详见3.1节)。

对用户自己的问题,可以直接参照stmv问题的输入文件及GPU使用方法。

3、NAMD GPU性能分析

本节的性能分析都使用stmv问题。程序运行于天河的gpu_test分区上。节点硬件配置为:

2 x Intel Xeon X5670 CPU (6-core), 2.93GHz

24GB memory

1 x Nvidia Tesla M2050

3.1 GPU加速

表1是每节点不同进程数以及使用不同节点数的NAMD性能(days/ns)比较。图1以图形的方式展示了这些数据。

表1:

图1: CPU及GPU NAMD的性能(day/ns)

从图1可以看出,为了在天河上达到性能最优,最佳的方案是使用GPU,并且每个节点开6个进程。这也是为什么在第2节我们推荐了y=6*x这个公式。(6个进程是我们经过试验得到的最佳值,每个节点充分使用了一个CPU和一个GPU,另一个空闲的CPU可供其他程序使用。CPU如果开更多的进程,CPU的利用率可以提高,但MPI的通信将增多,结果反而降低了总性能。)

表2是每节点不同进程数以及使用不同节点数的NAMD性能(ns/day)比较。图2以图形的方式展示了这些数据。

表2:

图2: CPU及GPU NAMD的性能(ns/day)

从图2可以看出,GPU的整体性能比CPU要好,并且随着GPU节点数的增加,NAMD的性能线性增长,12个GPU节点的性能,相当于24个CPU节点的性能,GPU相对于CPU有较大的性能优势。

表3是每GPU节点与CPU节点的NAMD性能比较,相对于单个CPU节点的加速比。图3以图形的方式展示了这些数据。

3.2 天河GPU vs CPU 性能比较

表3与图3展示了天河上相同的GPU节点数与相同的CPU节点数的加速比数据。从图中我们可以看出GPU版本的性能显著高于CPU版本。

表3:

图3: 相同节点数的CPU及GPU NAMD的加速比

  

中国 天津 滨海新区 电话:022-65375500 传真:022-65375501
国家超级计算天津中心 版权所有 2009
津ICP备09012610号