Gaussian

< Podręcznik użytkownika KDM < Oprogramowanie KDM < Oprogramowanie naukowe < Gaussian

Gaussian
Serwer	Wersja
Bem	2016 C01, 2016 B01, 2016 A03, 2009 E01, 2009 D01, 2009 B01, 2003 E01
Kontakt
kdm@wcss.pl

Gaussian jest jednym z najpopularniejszych programów do modelowania układów cząsteczkowych z wykorzystaniem mechaniki kwantowej. Stosowany jest przez chemików, fizyków i inżynierów w dziedzinie chemii teoretycznej i eksperymentalnej. Program jest szczególnie przydatny w obszarach, w których szybko zachodzące zmiany i krótko trwające stany pośrednie układów uniemożliwiają obserwację eksperymentalną zachodzących w nich procesów. Gaussian umożliwia badanie układów na poziomie ab initio oraz na poziomie bardziej uproszczonym (np. półempirycznym).

Informacje ogólne

Pakiet Gaussian został pierwotnie opracowany przez zespół J.A. Pople'a. Pierwsza wersja pakietu udostępniona została w 1976 roku pod nazwą Gaussian-76. Kolejne wersje nazywano odpowiednio do roku, w którym były wydawane, Gaussian-80, -82, -86, -88, -90, -92, -94, -98, -03 -09 i wersja -16.

Gaussian 98/03 posiada zdolność prognozowania wielu własności cząsteczek i reakcji, włączając:

• energie i struktury molekularne,
• energie i struktury stanów przejściowych,
• częstości drgań,
• widma IR i Raman'owskie,
• własności termochemiczne,
• energie wiązań i ścieżki reakcji,
• orbitale molekularne,
• ładunki atomowe,
• momenty multipolowe,
• stałe ekranowania i podatności magnetyczne NMR,
• powinowactwo elektronowe i potencjały jonizacyjne,
• polaryzowalności i hiperpolaryzowalności,
• potencjały elektrostatyczne i gęstości elektronowe,
• i wiele innych.

Obliczenia dla danego układu cząsteczek mogą być wykonywane w fazie gazowej lub roztworze, w stanie podstawowym oraz w stanie wzbudzonym.

Nowości Gaussiana 03 to m.in. poszerzona funkcjonalność metody ONIOM czy metody rozwiązywania PCM (ang.Polarizable Continuum Model).

Program Gaussian można uruchamiać na większości z dostępnych platform sprzętowych i systemowych, począwszy od komputerów klasy PC/Macintosh z Windows, Linux lub MacOS, poprzez praktycznie wszystkie uniksowe stacje robocze, po superkomputery wszystkich producentów. Gaussian może być wykonywany równolegle w środowiskach SMP (oraz rozproszonych, po zakupieniu dodatkowego pakietu Linda).

GAUSSIAN w WCSS

W WCSS pakiet GAUSSIAN jest dostępny na klastrze Bem.

Zalecenia ogólne

• Podstawowe aspekty wydajności obliczeń Gaussianem zostały omówione częściowo na stronie producenta: http://gaussian.com/eff/ .

• Oszacowanie wymaganej pamięci i wskazówki dot. wydajności obliczeń: http://gaussian.com/eff/

W szczególności należy zwrócić uwagę, że alokowanie bardzo dużej pamięci nie wpływa liniowo na wydajność obliczeń. Użycie zbyt dużej pamięci może wręcz spowolnić działanie programu. Do oszacowania pamięci dla obliczeń częstości w HF i DFT można użyć programu freqmem (http://gaussian.com/freqmem/). Powinno to dawać również rozsądne szacunki dla optymalizacji i metod post-HF.

• Najwięcej problemów sprawiają zadania wymagające dużo dysku. Jeśli zadanie generuje kilkadziesiąt (lub więcej) GB danych, to wyszukanie wartości całki w takim pliku zajmuje więcej czasu niż jej doliczenie na szybkiej maszynie. Wtedy należy używać trybu direct:

SCF=DIRECT

Dodatkowo, silne obciążenie podsystemu dyskowego komputera stopuje całą maszynę. Oczywiście, zadania, których nie można uruchomić w trybie bezpośrednim, ciągle można liczyć w WCSS. Prosimy jednak pamiętać, że jeśli zagrozi to przepełnieniem dysków /scratch i przerwaniem innych zadań, to zadanie takie zostanie zabite. Użytkownicy wymagający więcej przestrzeni dyskowej proszeni są o kontakt przed rozpoczęciem obliczeń.

• Gaussian zainstalowany jest na poszczególnych maszynach w podkatalogach /usr/local/gaussian/WERSJA/ lub /usr/local/gaussian-WERSJA/.

• Jeśli istnieje potrzeba użycia poleceń takich jak formchk, to należy to zrobić w zadaniu interaktywnym (przykładowe uruchomienie poniżej).

 qsub -I -l walltime=06:00:00 -l select=1:ncpus=1:mem=1000MB -l software=formchk
 module load gaussian/g16.A.03
 formchk

• Gaussian nie akceptuje DOS-owego znaku powrotu karetki (znak ^M) w plikach danych. Sprawdzenie można wykonać poleceniem:

vim -b plik-danych

• Sposób cytowania zalecany przez producenta znajduje się na stronie:

  http://gaussian.com/citation/

• Informacje o wykonywaniu zadań równoległych: http://www.gaussian.com/

Wstawianie zadań

• Zadania obliczeniowe należy uruchamiać za pośrednictwem systemu kolejkowego.

• Do wstawiania zadań Gaussiana do systemu kolejkowania PBS można wykorzystać skrypty przygotowane przez WCSS. Jest to metoda zalecana, ale nie konieczna - można używać własnych skryptów:

sub-gaussian-2003-E.01
sub-gaussian-2009-B.01
sub-gaussian-2009-D.01
sub-gaussian-2009-E.01
sub-gaussian-2016-A.03
sub-gaussian-2016-B.01

Uruchomienie skryptu sub-gaussian bez podania argumentów wyświetli podpowiedź jak należy te argumenty specyfikować (uruchamia domyślną wersję programu):

> sub-gaussian-2016-A.03 
Usage: /usr/local/bin/sub-gaussian-2016-A.03 input_file [parameters]
Parameters:
-q queue (default - main)
-p cores (default - 24, possible values: 4, 12, 24)
-m memory (in MB, default - 56000, may be set up to 121000)
-w walltime (in hours, default - 504)
-b memory_buffer (in MB, default - 4000) - do not use it for typical calculation
-f (run formchk on the checkpoint file on the end)

• Dla wersji 2003 zadania są automatycznie konfigurowane do wykorzystania 4 i 500 MB pamięci.

• Pozostałe parametry konfiguracyjne znajdują się w pliku /usr/local/gaussian/WERSJA/g0X/Default.Route

Znane problemy

• Problemy napotkane w wersji 2009-A do D:
  • Gaussian bardzo agresywnie alokuje pamięć w niektórych przypadkach. W efekcie system operacyjny Linux nie nadąża zrzucać buforów dyskowych, aby zwolnić pamięć. Skutkuje to błędami "memory allocation failed". Jest to wina algorytmów zastosowanych w programie. Autorzy nie reagują na nasze raporty błędów. Wdrożone zostało obejście problemu, ale nie zawsze skuteczne. Zalecamy sukcesywne zwiększanie wartości bufora podawanego jako opcja " -b " dla skryptu sub-gaussian.

• Problemy napotkane w wersji 2009-D01:
  • Użycie O3LYP skutkuje komunikatem "Different local and non-local exchange scaling not allowed for this functional". jest to błąd i należy użyć starszej wersji programu.
  • Użycie Add/Mod Redundant:

There was a change in the "ModRedundant/AddRedundant" code in G09 rev.
C.01 and later. We have found that the input of a value to modify an
internal coordinate from that present in the input structure can cause
a number of problems and it is not guaranteed to work, so we have
disabled this function (the online documentation of "Geom" and "Opt"
should reflect the change now). In G09 rev. C.01 and D.01, the syntax
on the "ModRedundant" section is only valid when the value of the
coordinate is not set, so it uses the value that corresponds with the
input geometry, for example:

D 5 1 6 10 S 20 5.000000

If the value of the bond/angle/dihedral coordinate that the user wants
to freeze/scan is not at the desired value in the input geometry, then
one should modify the input geometry and not give different values
here (for example, by opening the input structure with GaussView, then
using the "Bond/Angle/Dihedral" tool and move the slide to get the
exact value of the desired coordinate). If one uses the "Redundant
Coordinate Editor" in GaussView to define the redundant internal
coordinates to freeze or scan, then one should leave as "Don't Set"
the pull down menu in that window. The options "Set" and "Increment"
in such window are no longer available in G09 rev. C.01.

When one uses the "Bond", "Angle" and "Dihedral" tools in GaussView,
one has several modes in which this internal coordinate can be
modified, such as rotating groups, rotating atoms, or keeping one side
frozen but rotating only the other side. The fact that a modification
of one internal coordinate can be done in several different ways
underscores why the "old syntax" of allowing modification of the
coordinate value is problematic. Because of the redundancy of the
"redundant internal coordinates", some internal coordinates could be
strongly coupled with others. Thus, a modification of the value in one
internal coordinate might not be possible without modifying the values
of other redundant internal coordinates, therefore becoming a not
well-defined problem because there could be multiple solutions
depending on how many other (and which) internal coordinates are
allowed to be modified and by how much. This is our motivation for
disabling the "old syntax". We understand that the "old syntax" may
have worked for users in many cases before but we considered that this
was not reliable enough to be of general use.

Informacje o wykorzystaniu

Wszelkie publikacje, (w tym prace doktorskie i dyplomowe) wykorzystujące wyniki obliczeń wykonanych na komputerach WCSS, powinny zawierać podziękowania postaci (odpowiednio do języka publikacji):

"Obliczenia wykonano na komputerach Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego (http://www.wcss.pl), grant obliczeniowy Nr ... "

"Calculations have been carried out in Wroclaw Centre for Networking and Supercomputing (http://www.wcss.pl), grant No. ..."

Dokumentacja

Dokumentacja Gaussiana 94 i 98 dostępna jest w formie drukowanej:

• E. Frisch, Michael J. Frisch, James B. Foresman, "Gaussian 94 User's Reference", Manual Version: 5.1, February, 1996
• E. Frisch, Michael J. Frisch, "Gaussian 98 User's Reference", Manual Version: 6.1, January, 1999
• E. Frisch, Michael J. Frisch, Alice B. Nielsen, "Gaussian 98 Programmer's Reference", Manual Version: 6.0, August, 1998

Dokumentacja Gaussiana 09 i 16 łatwo dostępna jest w formie online.

Gaussian w sieci

• Strona domowa Gaussiana
• Krótki przewodnik dla początkujących
• Baza wiedzy o NMR, IR, RAMAN *
• słownik on-line pojęć NMR *
• Gaussian w praktyce
• Dr. Joaquin Barroso's blog
• Materials Studio user interface to Gaussian
• How to start and run a simple calculation with Gaussian

Zobacz też: Oprogramowanie KDM, Obliczenia wibracyjnie rozdzielczych widm elektronowych w Gaussianie 09