重点
（1）Materials Studio材料模拟软件计算特点
（2）Materials Studio三维建模/可视化硬件配置推荐
（3）Materials Studio量子力学工作站硬件配置推荐
（4）Materials Studio分子力学与分子动力工作站硬件配置推荐
（一）Materials Studio材料模拟软件介绍
Materials Studio（简称MS）是分子模拟领域内的多种模拟方法以及建模可视化性质分析工具。提供三维结构模型，对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。可以从电子、原子以及高分子的角度去分析物质的结构与性质 利用的主要方法为：以密度泛函为主的量子力学模拟方法、分子力学和分子动力学模拟方法、蒙特卡罗模拟法、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法QSAR等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法，根据系统中的原子、分子的类型和数目，研究、预测材料的相关性质。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、界面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。
（二）Materials Studio软件计算特点
2.1 MS求解器支持单机CPU、GPU卡、MPI多机集群情况
如何配置一台具有高性能能力的图形工作站（CPU、内存、硬盘、显卡），需要对其算法特点、以及计算规模进行分析
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No |
分类 |
模块 |
功能描述 |
CPU并行 |
GPU加速 |
集群 |
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1 |
可视化分析 |
Materials Visualizer |
材料可视化工具 搭建分子、晶体及高分子材料结构模型 |
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2 |
量子力学类 |
DMol³ |
密度泛函量子力学程序原子轨道线性组合法，计算能带、态密度 |
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CASTEP |
材料科学量子力学程序平面波赝势密度泛函法，模型较小，包含数十、乃至数百个原子 |
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NMR CASTEP |
MS CASTEP的扩展模块 晶胞进行几何优化，若精度要求较高 |
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ONETEP |
进行线性标度密度泛函模拟 |
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DFTB+ |
半经验量子力学程序 密度泛函的紧束缚法模拟体系大,对数千个原子体系进行模拟 |
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VAMP |
半经验量子力学程序 原子轨道线性组合方法，对于涉及电子得失或转移的过程（诸如涉及化学反应的过程）的模拟 |
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Cantera |
化学反应速率方程求解器 |
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QMERA |
量子力学与分子力学的杂化方法 |
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3 |
分子力学与分子动力学类 |
COMPASS |
对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场，模型中等大小，包含数千至数万个原子 |
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Forcite Plus |
分子和周期性体系的经典力学模拟工具 |
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GULP |
基于分子力场的晶格模拟程序 |
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Equilibria |
计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图 |
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Sorption |
预测基础性质，比如吸附等温线（或加载曲线）和亨利常数 |
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Mesocite |
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4 |
蒙特卡洛类 |
Amorphous Cell |
对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测，模型较大，包含大量的原子（数万乃至更多） |
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Adsorption Locator |
蒙特卡洛退火方法 |
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Blends |
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Conformers |
为柔性分子结构提供构像搜索算法和分析工具 |
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Sorption |
巨正则蒙特卡洛法 预测基础性质，比如吸附等温线（或加载曲线）和亨利常数 |
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5 |
高分子与介观模拟类 |
Synthia |
提供对聚合物材料性质的快速预测：包括热力学、力学和输运性质等。 |
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Blends |
预测相的行为及得到相图。 |
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DPD |
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Mesocite |
分子力学工具集，粗粒化分子动力学以及耗散粒子动力学两种方法 |
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MesoDyn |
动态平均场密度泛函方法 |
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MesoPro |
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6 |
晶体、结晶与X射线衍射类 |
Polymorph Predictor |
蒙特卡洛模拟退火法 多晶型预测 |
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Morphology |
形态学 |
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X-Cell |
指示中等和高质量的粉末衍射数据，包括来自 X 光、中子或是电子辐射源的衍射数据 |
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Reflex |
模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱 |
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Reflex Plus |
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Reflex QPA |
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CCDC |
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7 |
定量结构-性质关系类 |
QSAR |
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QSAR Plus |
利用光学物理化学性质来鉴定化合物 |
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Synthia |
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计算规模划分
≤ 100个原子 ab initio/DFT
100~200个原子 半经验
＞200个原子 用QM/MM模型
从而找出更好的算法，通过分析算法，给出最佳的硬件配置
2.2 MS材料模拟建模计算特点
如何既保证建模模型流畅，又保证配置合理，计算速度理想具体情况具体分析，
建模就是画出三维图形，创建原子3D模型、流畅旋转、移动等，对应硬件要求：
CPU ：更高的主频，
内存容量：≥48GB
显卡：容量≥8GB，支持OpenGL，nvidia图卡
显示器：高分辨率最佳
2560*1440（2K）
3840*2160（4K）
7680*4320（8K）…
19200*4320（拼接超高分辨率）
2.3 量子力学类算法计算特点
主要算法是密度泛函理论（DFT），计算规格是平面波数量的3 次方成正比（N3），
硬件配置特点：CPU有限多核并行、内存带宽、内存容量是重点
第一类，密度泛函（DFT）: 内存容量大，大量I/O临时文件
第二类：平面波赝势密度泛函: CPU算力、内存容量、内存带宽
如果追求最快算力，只有四路Xeon架构最合适（高主频+并行核数+24通道）
2.4 分子力学与分子动力学类算法计算特点
经典分子动力学模拟中，计算成本取决于原子数N，分子动力学不会占用太多内存，以CPU算力为主，由于输出大量轨迹数据，需要大容量硬盘，
硬件配置特点：CPU 算力越大越好， GPU Mesocite、Forcite模块支持单GPU卡，加速，硬盘配备大容量
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