分子动力学模拟：服务器案例

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分子动力学模拟：服务器案例

分子动力学是一门结合物理、数学和化学的综合学科，主要研究分子体系的运动规律。根据是否使用量子力学原理，分子动力学可以分为第一性原理分子动力学和经典分子动力学两类。前者基于量子力学，计算精度高但计算量大，适用于小体系；后者基于经典力学，计算准确性相对较低但可研究较大体系。

在经典分子动力学中，通过牛顿力学模拟分子体系的运动。首先读取体系中分子的三维坐标、分子的速度、粒子数密度等参数，并选取合适的时间步长、势函数，由势函数计算出分子受到的作用力，再逐步由作用力求得加速度，从而求得一定时间间隔后分子新的速度和位置，经过不断重复计算可得到分子的动力轨迹并最终得到宏观物理参数，就可以与实验数据对照。在计算过程中，分子力的计算占了大部分时间，但由于各个分子的受力计算基本不受影响，因此可以很好地进行并行计算。

分子动力学的计算特点使其非常适合在GPU（图形处理单元）上运行。现在的GPU包含数千个运算单元，可以用来计算密集型的科学应用，为分子建模提供巨大的加速。有效的GPU计算的关键是数据并行算法，目前常见的分子动力学软件NAMD, VMD, LAMMPS, AMBER, GROMACS等均已发布支持GPU计算的版本，科研人员在不修改软件的情况下，利用GPU可以立即获得6-10倍于主流CPU的计算速度。

元素魔方分子动力学模拟服务器针对这一需求提供了全面的解决方案。在机器外观方面，服务器分为静音塔式服务器和机架式服务器两种，适应客户办公室和机房不同的使用场景。在机器硬件方面，服务器提供基于Intel Xeon CPU平台和AMD EPYC CPU平台的多种方案，支持2GPU卡、4GPU卡、8GPU卡、10GPU卡等多种机型，以及相应的GPU集群方案，还支持单路CPU、双路CPU、四路CPU等多种机型，以及相应的高性能计算集群方案，可以满足科研人员多层次需求。

在软件方面，服务器出厂预装LAMMPS, NAMD, AMBER, GROMACS等常用分子动力学模拟软件，集成CUDA开发环境，OpenMPI, MPICH并行计算环境，GNU C/C++编译器，GNU Fortran编译器，LAPACK, BLAS, Atlas, FFTW等高性能计算函数库，支持多种操作系统，部署机器管理系统和作业调度系统软件。

静音塔式服务器可以放置在办公室像台式机一样使用，机架式服务器可以放置在机房远程使用，用户使用起来非常方便。在计算能力方面，服务器最大支持10块GPU卡，可采用NVIDIA A100、RTX A6000、Geforce RTX 3090等产品，单精度浮点计算能力高达387Tflops，双精度浮点计算能力高达97Tflops，GPU显存高达480GB。基于Intel Xeon CPU平台方案最大支持四路CPU，CPU核心高达112个，最大支持48根内存通道，内存容量高达12TB。基于AMD EPYC CPU平台方案最大支持双路CPU，CPU核心高达128个，最大支持32根内存通道，内存容量高达8TB。GPU和CPU计算能力都很强劲，可以加快完成客户的分子动力学模拟训练任务。

软件环境方面，服务器预装了分子动力学模拟所需的各类软件和开发环境，真正做到了交钥匙工程，用户开箱即用。同时，服务器还部署了机器管理系统软件，可以监控服务器CPU、内存、硬盘、网络等组件的配置情况、负载情况以及健康状况，方便用户管理和维护。作业调度系统软件则支持创建管理员账户和普通用户账户，提供作业状态监控、排队、优先、删除等管理功能。