Amber18 中的 GPU 计算功能

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PMEMD 18 的 GPU 加速版本支持所有三个规范系综（NVE、NVT 和 NPT）中的显式溶剂 PME 或 IPS 模拟以及隐式溶剂广义 Born 模拟。它旨在支持尽可能多的标准 PMEMD v18 功能，但是，目前存在一些限制，如下所述。其中一些问题可能会在不久的将来得到解决，并发布补丁，并在网页上发布最新列表。

Alchemical 自由能计算
在 Amber18 GPU 代码中实现的自由能方法建立在高效的 AMBER GPU MD 代码库 (pmemd.cuda) 之上。这些方法包括热力学积分、自由能微扰 (FEP) 和多态贝内特比 (MBAR) 类。

热力学积分 (TI)：在 GPU 上运行 TI 计算的输入标志与 CPU 版本相同。用户需要：
- 设置 icfe=1 ：启用自由能计算
- 在 timask1、timask2 中定义扰动区域
- 设置 ifsc=1 ：利用软核潜力
- 在 scmask1、scmask2 中定义软色情区域
- 通过设置 clambda 来定义当前的炼金进度变量 lambda。
- 有一个CPU版本的教程可用，用户可以使用GPU版本运行它，而无需对输入进行任何修改。
FEP/MBAR：为后续 FEP/MBAR 分析生成附加输出信息：
- 用户首先需要如上定义TI输入标志
- 启用 FEP/MBAR 输出：ifmbar=1
- 在mbar_states中定义MBAR状态的数量，例如mbar_states=11
- 指定每个 MBAR 统计数据的 lambda 值，例如 mbar_lambda = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0,
- 定义MBAR输出间隔，bar_intervall，例如bar_intervall=10表示AMBER每10个MD步输出MBAR结果

复制交换分子动力学
与 Amber16 类似，Amber18 能够在 GPU 上执行温度、哈密顿量和 pH 复制交换模拟。还支持多维副本交换模拟，即同时模拟两个或多个条件。输入和控制变量的详细信息可以在 Amber16 和 Amber18 手册中找到。Amber18中新实现的自由能方法可以与哈密顿副本交换结合执行，以便不同的窗口可以交换其构象。要启用此类计算，用户需要：

为所有 lambda 值创建输入文件。
在每个输入文件中定义哈密顿副本交换输入标志
- numexchg：将在副本对之间执行的交换尝试次数
- nstlim：交换尝试之间将执行的 MD 步骤数
定义哈密顿副本交换组文件。注意：
- 在组文件中，条目必须根据 lambda 值排序
- 目前，组文件中的条目数必须与 lambda 窗口数相同。
- 目前，lambda 窗口的数量必须是可用 GPU 的倍数，例如，如果有 12 个 lambda 窗口，则用户需要分配 1、2、3、4、6 或 12 个 GPU，因为单个 lambda 窗口不能跨越多个 GPU GPU，但只要有足够的 GPU 内存可用，一个 GPU 就可以运行多个窗口。

恒定 pH 分子动力学
恒定 pH 分子动力学模拟可以使用广义 Born 隐式溶剂模型和显式溶剂运行，如手册和在线教程中所述。

虽然我们的目标是将尽可能多的有用功能移植到 GPU，但该项目尚未完成，并且为了引导社区远离糟糕的想法，我们也拒绝支持某些协议。不支持以下选项（从 AMBER GPU v18.0.0 版本开始）：

ibelly != 0	不支持使用腹部样式约束的模拟。
(igb != 0 & cut < systemsize)	GPU 加速的隐式溶剂 GB 模拟不支持截止。
nmropt > 1	目前不支持 nmropt > 1。此外，对于 nmropt = 1，仅支持不更改基础力场参数的功能。例如，支持伞式采样约束以及模拟退火功能，例如 Temp0 随模拟步骤的变化。但是，不支持使用步骤改变 VDW 参数。
nrespa != 1	不支持多时间步进。
vlimit != -1	出于性能原因，vlimit 函数未在 GPU 上实现。
es_cutoff != vdw_cutoff	GPU 不支持静电和范德华的独立截止。（尽管它可能会到来。）
order != 4	PME 插值阶数 4 是唯一受支持的选项。目前，我们没有看到在映射工作和 FFT 简化之间进行权衡的优势，也没有看到以直接空间静电换取互易空间工作的优势。
imin = 1（并联）	仅在串行 GPU 代码中支持最小化，明智的做法是使用代码的双精度形式。可能需要使用 CPU 代码来最小化高度紧张的系统。
emil_do_calc != 0	GPU 不支持 Emil。
isgld > 0	GPU 不支持自引导 langevin。
iemap > 0	GPU 不支持 EMAP 限制。
icfe > 0 & imin > 0	GPU 上的 TI/MBAR 不支持最小化。

一项重要的新默认功能
AMBER 18 的一个重要变化是现在在 GPU 上运行时会计算 netfrc。在 Amber18 之前，行为是跳过 netfrc 计算，无论 &ewald 中的 netfrc 设置如何。Amber18 现在尊重 netfrc 设置，因此在 &ewald 名单中缺少 netfrc 的情况下，默认行为将是计算 netfrc。

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