Gaussian + QUICK 联用脚本 - 计算化学公社

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--                            Build Report
--                            Compiler Flags:
-- C No-Opt:       -O0
-- C Optimized:    -O2 -mtune=native
--
-- CXX No-Opt:       -O0
-- CXX Optimized:    -O2 -mtune=native
--
-- Fortran No-Opt:    -ffree-line-length-none -cpp -O0
-- Fortran Optimized:  -ffree-line-length-none -cpp -O2 -mtune=native
--
--                         3rd Party Libraries
-- ---building bundled: -----------------------------------------------------
-- ---using installed: ------------------------------------------------------
-- mkl - alternate implementation of lapack and blas that is tuned for speed
-- ---disabled: ------------------------------------------------
-- blas - for fundamental linear algebra calculations
-- lapack - for fundamental linear algebra calculations
-- mirp - MolSSI Integral Reference Project library for computing the Boys function in QUICK

--                               Features:
-- MPI:                   ON
-- CUDA:                   ON
-- Build Shared Libraries:  ON
-- Build configuration:    RELEASE
-- Target Processor:       x86_64
-- Build Documentation:    OFF
-- Install location:       /opt/QUICK-QUICK-22.03/

--                            Compilers:
--       C: GNU 9.4.0 (/usr/bin/gcc)
--    CXX: GNU 9.4.0 (/usr/bin/g++)
-- Fortran: GNU 9.4.0 (/usr/bin/gfortran)
-- **************************************************************************
-- Configuring done (9.7s)
-- Generating done (0.5s)
-- Build files have been written to: /opt/QUICK-QUICK-22.03/build

然后就可以编译安装了。

$ make -j20
$ make install

使用之前需要 source 一下 /opt/QUICK-QUICK-22.03/quick.rc 这一文件，以设置 QUICK 的相关环境变量。

2. QUICK 使用

QUICK 使用基本在手册里讲得挺清楚了，见 User Manual 和 Hands-on Tutorials。输入文件还挺好写的，Hands-on Tutorial 里讲得还挺清楚，但居然没讲到自旋多重度怎么设置，后来翻来一下源码发现是 MULT=，这里绝大多数软件一样是 2S + 1（某蓝拱门是 2S）。看了一下支持的计算级别有 HF 和 DFT，计算任务有单点，梯度和优化。上次看到介绍 QUICK 的帖子里说 QUICK 还不支持色散校正了，现在已经可以用了。

编译 CUDA 版本时候，会一同编译出 quick, quick.MPI, quick.cuda, 和 quick.cuda.MPI。其中带 MPI 后缀的是 MPI 并行版，不带 cuda 的是 CPU 版本。运行方式如下：

$ quick water.in & # CPU 串行
$ mpirun -np 10 quick.MPI water.in & # CPU 并行
$ quick.cuda water.in & # 一块 GPU 上跑
$ mpirun -np 2 quick.cuda.MPI water.in & # 两块 GPU 上跑

3. Gaussian + QUICK = Gauick

QUICK 能算单点和梯度还有优化，但好像不能算频率，以及优化过渡态。看了一下 QUICK 的输入文件比较好构造，输出文件比较好解析，就写了一个 Python 脚本和 Gaussian 联用好了！取了个名字叫 Gauick，代码在 GitHub 上开源了，仓库 https://github.com/mizu-bai/Gauick，欢迎 star。

用法和 gmm.py 挺像的，因为就是用 gmm.py 改的。有一个 gauick.json 配置文件，长这个样子：

{
"exec": "mpirun -np 1 quick.cuda.MPI",
"job": "DFT B3LYP GD3BJ BASIS=6-31G*"
}

"exec" 指定了用哪个 QUICK 可执行文件，"job" 指定了计算级别，如果是开壳层分子记得在 HF 或 DFT 前面加个 U。

Gaussian 输入文件写法如下，这是一个水分子的 opt + freq 任务，由于解析了 QUICK 输出的偶极矩，因此 Gaussian 输出的频率分析可以看到红外强度。

%nproc=1
%chk=water.chk
#p external="python3 -u gauick.py" opt=nomicro

water

0 1
O                -0.06756756 -0.31531531 0.00000000
H                0.89243244 -0.31531531 0.00000000
H                -0.38802215 0.58962052 0.00000000

--link1--
%nproc=1
%chk=water.chk
#p external="python3 -u gauick.py" freq=num geom=allcheck

过渡态和 IRC 可以去看看 gmm.py 里是怎么写的，几乎一样。

4. 总结

折腾了一下 QUICK 软件的编译和运行，开发了一个 Gaussian 与 QUICK 联用的脚本。但是根据笔者测试，分子小的时候 QUICK 自己的 CPU 串行甚至都可能比 CPU MPI 并行或 CUDA 版本要快。由于做优化的时候，还没折腾出 QUICK 读取自己的波函数做初猜，因此接了 Gaussian 优化每一步都要从头进行 SCF 迭代。频率计算部分，只能半数值做频率，因此整个 opt + freq 任务跑起来比 Gaussian 慢不少。暂时感觉没什么使用价值，反正折腾折腾玩得挺有意思就是了。

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