Multiwfn的计算静电势的内部代码速度得到了极大的提升！（此帖已过时）

sobereva

注：此帖已完全过时。在发了此帖后，静电势代码又进一步得到了巨大改进，速度又提升了一倍多，因此重发了个帖子，见《Multiwfn的计算静电势的内部代码速度得到了巨幅提升！》（http://sobereva.com/563）


Multiwfn最早版本计算静电势的代码速度很慢，后来Multiwfn的大部分涉及静电势分析的功能中都支持了调用cubegen算静电势，在http://sobereva.com/435中做了专门介绍，这使得静电势计算占大头的分析的耗时甚至降低两个数量级，在速度上非常理想，但是这样做仍有不足：
1 用户的机子必须装了Gaussian。然而很多人没钱买Gaussian，或者被Gaussian给ban了，想买也买不了。
2 输入文件必须含有基函数信息。具体来说，fch/fchk可以直接用，如果是molden/mwfn/gms格式，也可以先用Multiwfn的主功能100的主功能2转成fch再当输入文件，这样也能调用cubegen算静电势。但如果输入文件是wfn、wfx这样的只含GTF信息的格式，就没法用cubegen加速了

最近坛友coolrainbow与我联系，提供了一套基于他开发的LIBRETA电子互斥积分库的高效的静电势计算代码，比之前版本Multiwfn内部的静电势计算代码快非常多。从2020-Jul-4版更新的Multiwfn开始，这套新代码已经植入Multiwfn用于静电势计算。Multiwfn支持的任何含有波函数信息的格式（wfn/wfx/mwfn/fch/molden/gms）都可以基于这套代码计算静电势。

以下是对比测试

计算18-轮烯（C18H18）在def2-TZVP基组下的波函数（1062个GTF）的RESP电荷

可见新的静电势计算代码比老的快一个数量级有余！在个人的4、6核机子上，如果是老版本Multiwfn，对这样大小的波函数算RESP电荷几乎算不动，得等半个小时左右，而使用新版本后就没什么压力了。虽然核数少的时候没有调用cubegen快，但对于几十核的服务器，新代码和cubegen计算速度基本没差别，在2*2696v3 36核机子下都是大约20秒就能完成计算。
注：G16的cubegen计算静电势是支持并行的。但计算拟合静电势电荷时，拟合点的位置是不规则排布的，这种情况下对cubegen的调用基本没并行效果（如上所示）。

对于用主功能12做分子表面静电势分析，加速的效果和上面也是相同的。

下面是用主功能5计算静电势格点数据速度的对比，对象是多巴胺（22个原子，6-311G(d,p) 基组，440 GTF）

由于Multiwfn老版本的计算静电势格点数据的功能专门对这种任务做了格点排布层面的特殊优化，而新的静电势计算代码是对每个点独立计算的（即没有根据格点的矩形分布特征做额外特殊优化），所以速度提升幅度没拟合静电势电荷的情况那么夸张，但仍快了一倍有余。由于cubegen在计算格点数据时应该是针对格点分布做了充分的优化，而且考虑了壳层/基函数的收缩来提升代码效率（而Multiwfn的静电势代码是纯粹基于GTF做的），因此耗时明显更低，并且此时有并行效果（4核时30秒，16核15秒）。


考虑到上面的计算效率对比，目前Multiwfn新版本对于静电势计算对规则是这样的：
1 如果输入文件是fch/fchk/chk，并且settings.ini里如实定义了本机里cubegen的位置，cubegen会被自动调用算静电势（不是所有算静电势的情况都会调用，支持的任务类型在http://sobereva.com/435里说了）
2 对于其它情况，Multiwfn自动使用coolrainbow的新的代码计算静电势。但如果想改为老版本代码，把settings.ini里的iESPcode参数从默认的2改为1即可。

调用cubegen计算静电势、基于Multiwfn的新的和旧的静电势计算代码这三种情况下静电势计算结果会有细微差别，但完全是可忽略程度，因此和老版本结果仍然完全有可比性。

如果大家发现新版本Multiwfn有任何bug，欢迎反馈。

在此帖最后，笔者诚挚感谢coolrainbow提供基于LIBRETA库的新的静电势计算代码。如果静电势分析不是调用的cubegen，且iESPcode是默认的2，即使用的是这套新的代码算的静电势，在写文章的时候，在引用Multiwfn原文及How to cite Multiwfn.pdf文档里提到的相关文章的同时，也建议引用coolrainbow开发的LIBRETA电子积分库的原文：Jun Zhang, J. Chem. Theory Comput., 14, 572-587 (2018)。