Gaussian 16

Официальный сайт: http://gaussian.com
Официальная документация:
- http://gaussian.com/man/
- http://gaussian.com/keywords/

Цитаты из Википедии:
- Gaussian (читается как гауссиан) - программный пакет для расчета структуры и свойств молекулярных систем в газофазном и конденсированном состоянии, включающая большое разнообразие методов вычислительной химии, квантовой химии, молекулярного моделирования.
- Стандартные возможности:
  - Методы молекулярной механики: AMBER, UFF, DREIDING
  - Полуэмпирические методы: AM1, PM3, PM6, CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, ZINDO
  - Неэмпирические методы: RHF/UHF, MP2 (MPn), CC, CASSCF, CI, GVB, BD, OVGF
  - DFT и TD с использованием большего количества простых и гибридных локальных и градиентно-корректированных функционалов
  - Гибридные методы: ONIOM
  - Неэмпирическая молекулярная динамика: ADMP, BOMD
  - Расчетные методы точных значений термохимических величин и энергий: Gaussian-1, Gaussian-2, Gaussian-3, CBS, W1

В соответствии с лицензионным соглашением доступ к Gaussian ограничен и предоставляется только конкретным сотрудникам и учащимся НГУ по индивидуальному запросу.

Имеющаяся версия Gaussian позволяет распараллеливать вычисления только в пределах одного физического сервера. Для распараллеливания на несколько серверов требуется дополнительное ПО 'Linda 9.x', которое не приобреталось.

Установлены две версии Gaussian 16, скомпилированные для процессоров, поддерживающих разные наборы дополнительных инструкций:
1. В директории /opt/shared/gaussian/avx2 находится версия для узлов с более современными процессорами, поддерживающими инструкции AVX2. Она должна использоваться на серверах HPE поколений Gen9 и Gen10.
2. В директории /opt/shared/gaussian/sse4_2 находится версия для узлов c более старыми процессорами, поддерживающими только инструкции SSE4.2. Она должна использоваться на серверах HP поколения G7.

Перед использованием Gaussian необходимо правильно настроить переменные окружения. Рекомендуется делать это непосредственно в скриптах для qsub:
1. Переменная окружения g16root должна указывать на директорию с Gaussian:
```
export g16root="/opt/shared/gaussian/avx2"
```
  или
```
export g16root="/opt/shared/gaussian/sse4_2"
```
2. Переменная окружения GAUSS_SCRDIR должна указывать на директорию для временных файлов. Рекомендуется использовать рабочие области для временных файлов, в качестве уникального имени при этом предлагается использовать номер задачи:
```
export GAUSS_SCRDIR=$(ws_allocate $(echo $PBS_JOBID|awk -F\. '{print $1}') 30)
```
3. Для настройки остальных переменных окружения выполнить:
```
. $g16root/g16/bsd/g16.profile
```

Для визуализации выходных файлов Gaussian можно использовать следующие программы:
- Gabedit (http://gabedit.sourceforge.net/)
- Avogadro (https://avogadro.cc/)
- Chemcraft (https://www.chemcraftprog.com/ru/index.html)

Создать входной файл test.gjf следующего содержания (осторожно, пустые строки имеют значение):
```
%nprocshared=4
%mem=256mb
# b3lyp/TZVP Opt Freq

Triplet Dioxygen geometry optimization

0 3
O
O 1 R

R 1.220
```

Создать скрипт submit.sh. Запрашиваемые в нём ресурсы должны соответствовать указанным во входном файле: значения ncpus и nprocshared должны совпадать, запрашиваемое количество mem должно быть примерно на 60 МБ больше, чем во входном файле:

#!/bin/bash
 
#PBS -l walltime=0:1:0
#PBS -l select=1:ncpus=4:mem=320M
#PBS -j oe
 
cd $PBS_O_WORKDIR
 
uname -n
if [ "$(cat /proc/cpuinfo|grep -c avx2)" != 0 ] ; then
    export g16root="/opt/shared/gaussian/avx2"
elif [ "$(cat /proc/cpuinfo|grep -c sse4_2)" != 0 ] ; then
    export g16root="/opt/shared/gaussian/sse4_2"
else
    echo 'ERROR: unsupported CPU'
    exit 100
fi
echo "g16root = $g16root"
 
. $g16root/g16/bsd/g16.profile
 
JOB=$(echo $PBS_JOBID|awk -F\. '{print $1}')
echo "JOB = $JOB"
 
export GAUSS_SCRDIR=$(ws_allocate $JOB 30)
if [ "x$GAUSS_SCRDIR" == "x" ] || [ ! -d $GAUSS_SCRDIR ] ; then
    echo "ERROR: no workspace $GAUSS_SCRDIR"
    exit 101
fi
echo "GAUSS_SCRDIR = $GAUSS_SCRDIR"
 
$g16root/g16/g16 < $PBS_O_WORKDIR/test.gjf >> $PBS_O_WORKDIR/test.$JOB.out
 
ws_release $JOB

Поставить задачу в очередь:
```
qsub submit.sh
```
Дождаться завершения задачи. В результате её работы должны появиться 3 файла:
- submit.sh.oXXXX - лог работы задачи PBS (где XXXX - номер задачи)
- test.XXXX.out - лог работы Gaussian (пример в заархивированном виде)
- fort.7 - выходной файл Gaussian

Пользователями ИВЦ НГУ был разработан скрипт qgauss, позволяющий автоматизировать создание задачи на основе входного файла Gaussian и обеспечивающий соответствие запрашиваемых для задачи ресурсов указанным во входном файле.
Скрипт публикуется 'как есть', ИВЦ НГУ не занимается его улучшением или поддержкой.
Скрипт написан на языке Perl, при необходимости вы можете доработать его самостоятельно. Для лучшего понимания предлагается создать скрипт для qsub без постановки в очередь (с помощью параметра '-d', см. ниже) и изучить его.

Для получения краткой справки о возможных параметрах командной строки нужно выполнить скрипт qgauss с параметром '-h':

hpcuser@clu:~/examples/gaussian> ./qgauss -h

Usage:
    qgauss -h
    qgauss [-cder] [-q queue] [-w #] filename1.inp ...
Options:
    -h -- show this help
    -c -- release workdir after running
    -d -- dry run - do not queue job file
    -e -- edit job file before queueing
    -r -- reuse common scratch directory (dangerous)
    -q queue_name - send job to specific queue
    -w hours -- set job walltime (defaults to 14 days)

По умолчанию:
- В качестве имени задачи (#PBS -N …) используется имя входного файла Gaussian без расширения.
- Для задачи запрашивается время работы, равное 14 дням. Данное значение можно переопределить с помощью конфигурационного файла '.qgaussrc', описанного ниже. Также для каждой конкретной задачи время работы можно указать с помощью параметра командной строки '-w', к которому добавляется значение walltime в часах (например, '-w 1').
- Задача размещается в очереди по умолчанию. Используемую очередь можно переопределить с помощью параметра командной строки '-q'.
- Созданный скрипт для qsub сразу ставится в очередь. Это можно отключить с помощью параметра командной строки '-d'.
- В качестве имени рабочей области, используемой как GAUSS_SCRDIR, используется комбинация из имени и номера задачи (например, 'test_2266954'). Это гарантирует, что каждая задача будет использовать собственную директорию для временных файлов. Но иногда может быть удобно, чтобы рабочая область имела заранее предсказуемое имя. В таком случае можно с помощью параметра '-r' указать, что имя рабочей области должно совпадать с именем задачи (без добавления номера задачи). Данная возможность может привести к некорректной работе в случае одновремнного выполнения двух задач с одинаковыми именами, поэтому должна использоваться с осторожностью.
- Рабочая область после завершения задачи не удаляется. Для автоматического удаления нужно добавить парамер '-c'.

Для настройки некоторых персональных предпочтений можно использовать файл .qgaussrc, который должен находиться в корне домашней директории пользователя. Файл должен состоять из строк вида 'параметр=значение'. Возможны следующие параметры:
- mail - адрес электронной почты для отправки уведомлений PBS. Соответствующее значение будет подставлено в строку '#PBS -M …' сгенерированного скрипта. Используется в случае, когда пользователь хочет получать уведомления от PBS на адрес, отличный от указанного при регистрации.
- mailopt - типы уведомлений, которые пользователь будет получать. Значение будет подставлено в строку '#PBS -m …'.
- walltime - значение по умолчанию для времени выполнения задачи в часах.
- scratchttl - значение по умолчанию для времени жизни создаваемых рабочих областей для временных файлов в днях.
Пример файла .qgaussrc:
```
mailopt=n
walltime=24
scratchttl=3
```

ИВЦ НГУ благодарит сотрудников НГУ Дмитрия Евгеньевича Горбунова и Виталия Георгиевича Киселева за помощь в составлении данной инструкции.

Gaussian 16

Использование

Пример

Скрипт qgauss