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.