Materials Studio建模与材料模拟计算工作站方案2021v4

时间:2021-11-08   来源:   网友评论:0   人气: 170 作者:

重点
(1)Materials Studio材料模拟软件计算特点
(2)Materials Studio三维建模/可视化硬件配置推荐
(3)Materials Studio量子力学工作站硬件配置推荐
(4)Materials Studio分子力学与分子动力工作站硬件配置推荐


(一)Materials Studio材料模拟软件介绍

Materials Studio(简称MS)是分子模拟领域内的多种模拟方法以及建模可视化性质分析工具。提供三维结构模型,对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。可以从电子、原子以及高分子的角度去分析物质的结构与性质 利用的主要方法为:以密度泛函为主的量子力学模拟方法、分子力学和分子动力学模拟方法、蒙特卡罗模拟法、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学(DPD)、统计方法QSAR等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法,根据系统中的原子、分子的类型和数目,研究、预测材料的相关性质。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、界面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。
A750-MS1.jpg


(二)Materials Studio软件计算特点

2.1 MS求解器支持单机CPU、GPU卡、MPI多机集群情况

如何配置一台具有高性能能力的图形工作站(CPU、内存、硬盘、显卡),需要对其算法特点、以及计算规模进行分析

No

分类

模块

功能描述

CPU并行

GPU加速

集群

1

可视化分析

Materials Visualizer

材料可视化工具

搭建分子、晶体及高分子材料结构模型

 

 

 

2

量子力学类

DMol³

密度泛函量子力学程序原子轨道线性组合法,计算能带、态密度

 

CASTEP

材料科学量子力学程序平面波赝势密度泛函法,模型较小,包含数十、乃至数百个原子

 

NMR CASTEP

MS CASTEP的扩展模块

晶胞进行几何优化,若精度要求较高

 

 

ONETEP

进行线性标度密度泛函模拟

 

DFTB+

半经验量子力学程序

密度泛函的紧束缚法模拟体系大,对数千个原子体系进行模拟

 

VAMP

半经验量子力学程序

原子轨道线性组合方法,对于涉及电子得失或转移的过程(诸如涉及化学反应的过程)的模拟

 

 

 

Cantera

化学反应速率方程求解器

 

 

 

QMERA

 量子力学与分子力学的杂化方法

 

 

 3

分子力学与分子动力学类 

COMPASS

对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场,模型中等大小,包含数千至数万个原子

 

 

Forcite Plus

分子和周期性体系的经典力学模拟工具

GULP

基于分子力场的晶格模拟程序

 

Equilibria

计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图

 

 

 

Sorption

预测基础性质,比如吸附等温线(或加载曲线)和亨利常数

 

 

 

Mesocite

 

4

蒙特卡洛类

Amorphous Cell

对复杂的无定型系统建立有代表性的模型,并对主要性质进行预测,模型较大,包含大量的原子(数万乃至更多)

 

 

 

Adsorption Locator

蒙特卡洛退火方法

 

 

 

Blends

 

 

 

 

Conformers

为柔性分子结构提供构像搜索算法和分析工具

 

 

 

Sorption

巨正则蒙特卡洛法

预测基础性质,比如吸附等温线(或加载曲线)和亨利常数

 

 

 

5

高分子与介观模拟类

Synthia

提供对聚合物材料性质的快速预测:包括热力学、力学和输运性质等。

 

 

 

Blends

预测相的行为及得到相图。

 

 

 

DPD

 

 

 

 

Mesocite

分子力学工具集,粗粒化分子动力学以及耗散粒子动力学两种方法

MesoDyn

动态平均场密度泛函方法

 

MesoPro

 

 

 

 

6

晶体、结晶与X射线衍射类

Polymorph Predictor

蒙特卡洛模拟退火法

多晶型预测

 

 

Morphology

形态学

 

 

 

X-Cell

指示中等和高质量的粉末衍射数据,包括来自 X 光、中子或是电子辐射源的衍射数据

 

 

 

Reflex

模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱

 

 

 

Reflex Plus

 

 

 

 

Reflex QPA

 

 

 

 

CCDC

 

 

 

 

7

定量结构-性质关系类

QSAR

 

 

 

 

QSAR Plus

利用光学物理化学性质来鉴定化合物

 

 

 

Synthia

 

 

 

 


计算规模划分

simulation-scale.jpg
 
≤ 100个原子  ab initio/DFT
100~200个原子  半经验
>200个原子   用QM/MM模型
从而找出更好的算法,通过分析算法,给出最佳的硬件配置

2.2 MS材料模拟建模计算特点
如何既保证建模模型流畅,又保证配置合理,计算速度理想具体情况具体分析,
建模就是画出三维图形,创建原子3D模型、流畅旋转、移动等,对应硬件要求:
CPU :更高的主频,
内存容量:≥48GB
显卡:容量≥8GB,支持OpenGL,nvidia图卡
显示器:高分辨率最佳
2560*1440(2K)
3840*2160(4K)
7680*4320(8K)…
19200*4320(拼接超高分辨率)

2.3 量子力学类算法计算特点
主要算法是密度泛函理论(DFT),计算规格是平面波数量的3 次方成正比(N3),
硬件配置特点:CPU有限多核并行、内存带宽、内存容量是重点

第一类,密度泛函(DFT): 内存容量大,大量I/O临时文件
第二类:平面波赝势密度泛函: CPU算力、内存容量、内存带宽
如果追求最快算力,只有四路Xeon架构最合适(高主频+并行核数+24通道)

2.4 分子力学与分子动力学类算法计算特点
经典分子动力学模拟中,计算成本取决于原子数N,分子动力学不会占用太多内存,以CPU算力为主,由于输出大量轨迹数据,需要大容量硬盘,
硬件配置特点:CPU  算力越大越好, GPU  Mesocite、Forcite模块支持单GPU卡,加速,硬盘配备大容量


 

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