Vislielākais burtu izmērs
Lielāks burtu izmērs
Burtu standarta izmērs
Skaitļošanas resursi
Pēdējās izmaiņas veiktas:
15.09.2016

LU CFI atrodas viens no jaudīgākajiem superdatoriem Latvijā - LASC (Latvian SuperCluster).

LASC klāsteris ir Beowulf tipa klāsteris, kurš balstās uz Intel platformas daudzprocesoru serveriem, kas savā starpā ir savienoti Gigabit caurlaidības tīklā un tiek darbināti ar Linux RedHat operētājsistēmu.

LASC sistēma atbilst sekojošiem kritērijiem:

  • Augsta produktivitāte – ātra liela datu apjoma apstrāde;
  • Viegla pieejamība – sistēmai droši var piekļūt caur internetu;
  • Mērogojamība – Sistēmas jauda aizvien tiek palielināta, pievienojot jaunus serverus;
  • Zemas izmaksas – aparatūras un programmatūras uzstādīšanai, uzlabošanai un remontam;
  • Viegla uzturēšana – sistēmu ir viegli uzturēt, izmantojot lokālos personāl-resursus;
  • Drošība – bezmaksas piekļuve reģistrētiem lietotājiem.

Plašāku informāciju, lūdzu, skatiet LASC mājaslapā.

Pieejamais programnodrošinājums

1. CRYSTAL

Crystal programma aprēķina periodisko sistēmu elektroniskās struktūras izmantojot Hartrī-Foka, Blīvuma funkcijas un to dažādus tuvinājumus. Periodisko sistēmu Bloka funkcijas tiek izvērstas kā uz atomiem centrētas lineāru kombināciju Gausa funkcijas. Tiek izmantotas jaudīgas šķirošanas funkcijas, lai aprēķini tuvotos reālajam.

Spin-sasaldētie (ar elektroniski kompensēto čaulu) un spin-polarizētie (ar atklāto čaulu) aprēķini var tikt veikti ar visu-elektronu un visu-caurumu bāzes setiem ar iedarbīgiem kodolu viltus-potenciāliem.

Šī programma var automātiski tikt galā ar telpas simetriju (ir piejamas 230 telpas simetrijas, 80 plaknes simetrijas, 99 stieņu simetrijas un 45 punktu simetrijas). Molekulām ir pieejama punktu translācijas simetrija. Un ir pieejama arī hēliskā simetrija (līdz pat 48).

Datus var ievadīt tā, ka var izveidot plāksni (2D sistēmu), punktu kopu (0D sistēma) ar 3D kristālisku struktūru, superšūnu ar defektu vai nanocaurules (1D system) no viena slāņa sastāvošas plāksnes modeļa (2D sistēma).

Kods var tikt izmantots, lai veiktu molekulu, polimēru, virsmu un kristālisku vielu fizisko un ķīmisko īpašību pētījumus:

  • Struktūras īpatnības
  • Vibrāciju īpašības
  • Elektronisko struktūru
  • Magnētiskās īpašības
  • Dielektriķu īpašības
  • Elastiskās īpašības

2. VASP

Vienna Ab initio Simulation Package (Vasp) ir datorprogramma, kas paredzēta atoma-izmēra materiālu modelēšanai izmantojot primāros principus, piemēram, elektronisko struktūru aprēķini un kvantu mehānikas molekulu dinamika.

VASP aprēķina aptuvenos risinājumus daudzķermeņu Šrodingera vienādojumam izmantojot vai nu Blīvuma funkcijas teorēmu (DFT), risinot Khon-Sham vienādojumus, vai arī Hartrī-Foka (HF) tuvinājumu, risinot Roothaan vienādojumus. Tiek izmantotas arī hibrīdu funkcijas, kurās ir apvienotas DFT un HF. Kā arī VASP ir pieejamas arī Grīna funkciju metodes (GW kvazidaļiņas un ACTFDT-RPA) un daudzķermeņu perturbācijas teorijas (otrās kārtas Mollers-Plesets).

VASPā lielākais vairums aprēķinu, tādi kā, 1-elektrona orbitāles, elektriskā lādiņa blīvums vietējais potenciāls, tiek izteikti izmantojot plaknes viļņa bāzes setus. Sakarības starp elektroniem un joniem tiek aprakstītas, izmantojot normas-saglabāšanas vai ultramīkstos pseido potenciālus, vai projektoru-palielināto-viļņu metodi.

Lai noteiktu neierosināto stāvokli, VASP izmanto matricas diognalizācijas tehniku, tādu kā, pārpalikušo minimizācijas metodi ar tiešu apakškopas apvēršanu (RMM-DIIS) vai bloķētos Dāvidsona algoritmus. Šīs metodes tiek apvienotas ar ļoti iedarbīgām Broidena un Pauleja blīvumu apvienošanas sistēmām, lai paātrinātu paš-patiskuma ciklu.

3. NWChem

NWChem tiecas sniegt saviem lietotājiem apstrādājamus ķīmijas darbarīkus ar kuriem gan efektīvi zinātniski apstrādāt ķīmijas problēmas, gan sniegtu iespēju izmantot vairākus superdatoru klasterus paralēli.

  • NWChem var apstrādāt:
  • Biomolekulas, nanostruktūras un cietvielas
  • Datus no kvantiem un klasikas visās kombinācijās
  • Neierosinātos un ierosinātos stāvokļus
  • Gausa bāzes funkcijas un plaknes viļņus
  • Mērogošanu no viena līdz tūkstošiem procesoru
  • Īpašības un reālistiskus efektus

NWChem attīstības stratēģija tiek fokusēta, lai sniegtu jaunas zinātniskās iespējas tādās jomās kā ķīmisko transformāciju kinētika un dinamika, ķīmiskās reakcijas divu nereaģējošu vielu robežas zonā, ķīmiskās reakcijas kondensēšanās fāzē un jaunu pētniecības virzienu un veidu sniegšanā. Tajā pašā laikā turpmāka programmas attīstība ir nepieciešama, lai NWChem varētu veikt vairāk par desmit petaflopiem.

4. ABINIT

ABINIT ir programma, kas ļauj tās izmantotājam atrast kopējo enerģiju, elektronu un kodolu lādiņu lielumu un elektronisko struktūru (molekulām un periodiskām cietvielām) DFT robežās, izmantojot pseido potenciālus un plakanviļņu vai vilnīšu bāzes. ABINIT arī iekļauj iespējas izmainīt ģeometriju pēc DFT spēkiem un slodzēm, veikt molekulāri dinamiskās simulācijas izmantojot spēkus, ģenerēt dinamiskās matricas, Borna efektīvos lādiņus un dielektriķu tenzorus, paļaujoties uz blīvuma finkcijas perturbācijas teorij, u.c.Ierosinātos stāvokļus var aprēķināt izmantojot Daudz-ķermeņu (Many-Body) perturbācijas teoriju (GW tuvinājumi un Bathe-Salpeter vienādojumi) un priekš molekulām – Laika-atkarības blīvuma teorija. Ir pieejami arī dažādi pielikumi ABINIT programmai.

5. Quantum ESPRESSO

Kvantu ESPRESSO (quantum ESPRESSO) ir Open-Source sabalansētu komandu programma priekš elektronisko struktūru aprēķiniem un materiālu nanoizmēru modelēšanas.

Tā pamatā ir DFT, plakanviļņi un pseido potenciāli.

Kvantu ESPRESSO ir attīstījies labi izveidotu neatkarīgu open-source projektu. Tas sastāv no „vēsturiska” pamata, un tam ir izveidoti vairāki spraudņi, kas veic sarežģītākus uzdevumus, kā arī dažādas ārējas programmas, kas ir izveidotas, lai strādātu uz kvantu ESPRESSO pamata.

6. SIESTA

SIESTA ir gan metode, gan datorprogramma, kas izveidota, lai aprēķinātu elektroniskās struktūras un veiktu ab initio molekulārās dinamikas molekulu un cietu vielu simulācijas. SIESTAs efektivitāte slēpjas tajā, ka tās bāzes sets ir stingri lokalizēts un ir iekļauti lineārās-mērogošanas algoritmi. Ļoti laba SIESTAs īpašība ir tā, ka tā precizitāte un prasības var tikt mainītas lielā mērogā, no ātriem sīkiem aprēķiniem līdz ļoti precīzām simulācijām, kas kvalitātē līdzinās citām pieejām, tādām kā, plakanviļņu un vis-elektronu metodēm.

Iespēja apstrādāt milzīgas sistēmas ar vienkāršām metodēm ir atvērusi iespēju daudzās jomās.

7. DFTB+

DFTB+ ir uz Blīvuma funkcionāļa bāzēta Blīvas saistības (Tight Binding) metode, kas satur daudz paplašinājumus oriģinālajai metodei. Programmas attīstību atbalsta vairākas grupas, kā rezultātā tās kods ir ļoti daudzpusējs, ar daudzām unikālām iespējām, kādas nav citām programmām.

DFTB+ piedāvā kvantu simulāciju, kas ir līdzīga DFT ar iespējām, kas līdzinās ab initio kvantu mehānikas pakām, tajā pašā laikā būdama nedaudz ātrāka. Ar šo programmu var optimizēt molekulu un cietu vielu struktūras, var apskatīt vienu elektrona spektru, saišu struktūras un citas dažādas noderīgas lietas. Pie tam var arī aprēķināt elektronu pārvietošanos nelīdzsvarotos apstākļos.

8. GAMESS

GAMESS ir ab initio molekulārās kvantu ķīmijas programma. Īsumā GAMESS spēj aprēķināt SCF viļņu funkcijas, kas svārstās starp RHF, ROHF, UHF, GVB un MCSCF. Savstarpējo saistību izmaiņas SCF viļņu funkcijās sevī iekļauj konfigurācijas mijiedarbību, otrās pakāpes perturbācijas teoriju un Sapāroto klasteru piegājienus, kā arī DFT tuvinājumu. Ierosinātie stāvokļi var tikt aprēķināti izmantojot CI, EOM vai TD-DFT procedūras. Ir pieejama arī atoma novirze priekš automātiskās ģeometriskās optimizācijas, pārejas stāvokļu meklēšanas vai, lai sekotu reakcijas ceļam. Hesa enerģijas aprēķināšana ļauj paredzēt vibrāciju frekvences (ar IR un Roman intensitātēm). Šķīdinātāja efekti var tikt aprēķināti izmantojot diskrētus efektīvo daļiņu potenciālus vai nepārtrauktības modeļus (tādus kā Polarizējamo nepārtrauktības modeli). Ir pieejami vairāki relativitātes aprēķini, piemēram, otrās pakāpes bezgalības komponentes skalārās izmaiņas ar dažādām spinu-orbītu pāru iespējām. Fragmentu molekulārā orbitāļu metode (FMO) ļauj izmantot daudzas ļoti sarežģitas metodes lielām sistēmām, sadalot aprēķinus mazās daļās. Arī atomu viļņu funkcijas var tikt aprēķinātas, izmantojot VSCF vai atomu orbitāļu skaidri izteikta apstrāde izmantojot NEO kodu.

Var aprēķināt arī dažādas molekulārās īpašības, kas svārstās no vienkāršiem dipolu momentiem līdz pat uz frekvences bāzētām (hyperpolarizabilities). Daudzi bāzes seti, kodolu potenciāli un modeļu kodolu potenciāli tiek glabāti programmā, lai aprēķinos tiktu ņemta vērā visa periodiskā tabula.

9. FEFF

FEFF9 ir sevi uzturoša vispusīga programma, lai veiktu vairākus elektronu struktūru un ierosmes spektra aprēķinus reizē. Šī programma automātiski izmanto kodola caurumu efektus un var iekļaut vietējas nozares (TDLDA). Izvade sevī iekļauj izstiepto rentgenstaru absorpcijas smalko struktūru (EXAFS), rentgenstaru absorpcijas spektru pilnu daudzpusējās izkliedēšanas aprēķinu (XAS) un raidītustaru kūļus (LDOS). Spektrs sevī ietver rentgenstaru absorpcijas struktūru tuvu robežām (XANES), rentgenstaru magnētisko un normālo dihroismu (XNCD un XMCD), spinu polarizēto rentgenstaru spektru (SPXAS un SPEXAFS), nerezonējošu rentgenstaru emisijas spektru (XES), rentgenstaru izkliedēšanās amplitūdu (Tomsona un anomālas daļas) un elektronu enerģijas zudumu spektroskopiju (EELS).

10. GULP

GULP ir paredzēta, lai veiktu dažādu veidu simulācijas dažādiem materiāliem izmantojot 0-D (molekulas un to sakopojumi), 1-D (polimēri), 2-D (virsmas, slāņi un šķiedras robežas) vai 3-D (periodiskas cietvielas) robežu apstākļus. Programma fokusējas uz analītiskiem risinājumiem, izmantojot režģveida struktūras dinamiku, kur tas iespējams, molekulārās dinamikas vietā. GULPā var izmantot vairākas virtuālas robežas veidojot jonu materiālu zonu modeli, molekulu mehāniku priekš organiskām sistēmām, ietvertā atoma modelis metāliem un reaktīvais REBO potenciāls hidrokarboniem. Visām virtuālajām robežām ir iekļauti otrās pakāpes analītiskie atvasinājumi, un dažām pat ir trešās pakāpes atvasinājumi.

11. LAMMPS

LAMMPS ir klasisks molekulārās dinamikas programma, kas modelē šķidruma, cietvielu vai gāzveida daļiņu kombinācijas. Tas spēj modelēt atomu, polimēru, bioloģisko, metālisko, granulu un režģveida sistēmas izmantojot dažādas virtuālās robežas.

LAMMPS sevī ietver Ņutona kustību vienādojumus atomu grupām, molekulām vai mikroskopiskām daļiņām, kas savā starpā mijiedarbojas ar tuviem un tāliem spēkiem ar sākotnēju dažādību un/vai robežu stāvokļiem. Lai LAMMPS labāk strādātu, tas izmanto līdzesošus sarakstus, lai sekotu līdzi tuvumā esošām daļiņām. Šie saraksti ir optimizēti priekš sistēmām, kurās ir daļiņa, kas tuvos attālumos atgrūžas, šādā veidā tuvie blīvumi nekad nekļūst pārāk lieli. Paralēlos klasteros LAMMPS izmanto telpas-sadalīšanas tehniku, lai sadalītu telpu mazās 3D apakštelpās, priekš katra procesora. Procesori savā starpā sazinās un dalās ar „spoku” atomu informāciju, lai apstrādātu atomus, kas atrodas uz apakštelpu robežām. LAMMPS vislabāk strādā sistēmām, kuras ir taisnstūra 3D telpas ar aptuveni vienlīdzīgu blīvumu.


Kontakti

LU CFI
Dr. Aleksejs Kuzmins
a.kuzmin@cfi.lu.lv
+371 67251691