经验交流：GPU加速的量化程序QUICK

霜晨月

QUICK是个小众化的量化程序，主要靠GPU进行计算，搜索了一下论坛，没见有相关的讨论。在此将我的一点使用经验和体会分享一下，以期抛砖引玉。
QUICK的官网链接：https://quick-docs.readthedocs.io/en/latest/user-manual.html ，目前的最新版是22.3.0。

分子动力学程序Amber 20/AmberTools 21包含了quick程序（Amber 18没有带），安装好Amber 20/AmberTools 21之后，可以用quick命令（或quick.cuda、quick.cuda.MPI命令）单独调用，也可以用sander通过API（application programming interface）调用（命令为sander.quick.cuda或sander.quick.cuda.MPI），这一点在跑QM/MM MD时比较有用，可以免去sander与QM程序之间的频繁的文件传送。

之所以对QUICK感兴趣，就是因为想做QM/MM MD，以前QM region一直用半经验，想用DFT又算不动。正好有几块GPU平时闲置，想试一下QUICK的效率怎么样。

下面讨论的是AmberTools 21自带的QUICK，版本为21.03。

QUICK可以做HF和DFT，支持的泛函有BLYP、BP86、B97、O3LYP、PBE、REVPBE等，其中我比较常用的只有B3LYP和PBE0；遗憾的是不支持D3色散校正，虽然我计算的是酶促化学反应，但弱相互作用也涉及到一些，在没有D3色散校正的前提下，又不太敢用B3LYP，也许只有PBE0才可靠点。

支持的基组涵盖了常用的Pople系列，以及def2-svp、def2-sv(p)、def2-svpd，还有cc-pVDZ、PC-0、PC-1。
不支持f基函数，不支持ECP。过渡金属就没法算了。经测试，QM/MM的时候，不但QM区域不能有锌原子，连MM区域都不能有锌【报错信息是：Unable to correctly identify element Zn
Note: element guessing does not work with Hydrogen
      Mass Repartitioning if ATOMIC_NUMBER is not
      present in the topology file】没搞明白是怎么回事。但如果把默认的电子嵌入改为力学嵌入（qmmm_int=5），就可以运行了。

官方的测速报告（QUICK-21.03）说：（https://quick-docs.readthedocs.io/en/latest/performance.html）
We have used conservative SCF convergence criteria and integral thresholds. With these settings, a B3LYP/6-31G** SCF + gradient calculation of valinomycin (168 atoms) takes only about 8 minutes on a modern A100 GPU. Real world applications typically require less stringent accuracy and thus require less time to solution. Performance on gaming GPUs is also excellent given their price point.
多GPU并行：
A B3LYP/6-31G** single point SCF + gradient calculation for the entire Crambin protein (642 atoms) can be performed in under 10 minutes on 16 V100 GPUs.

下面是我的速度测试。GPU为单块RTX 2080Ti。

用quick.cuda计算一个酶簇模型（172 atoms，纯有机体系，无金属，PBE0/def2-svp），只计算gradient，单块RTX 2080Ti 占用率100%，耗时 40 分钟未算完（SCF只迭代了10圈）。

将体系缩小，再测试：
某个酶的QM/MM MD轨迹的QM区域，42个原子，纯有机，无金属，B3LYP/6-31G*，只计算gradient。这次很快，仅耗时1 minutes 37.8 seconds。
同上，将B3LYP改为PBE0，其余不变。耗时1 minutes 32.7 seconds。
同上，改为PBE0/def2-svp，其余不变。耗时1 minutes 48.1 seconds。

以上是quick.cuda的速度。

用sander.quick.cuda跑QM/MM MD，计算单步耗时。体系就是上面所说的那个酶，QM区域与上面一致（42个原子），力学嵌入，PBE0/6-31G**；根据前200步（0.2ps）的平均速度，1000ps需时51650.8h，每ps耗时约51.7h，即0.46ps/d。

我目前使用并不多，刚开始尝试，测试工作很有限，不具有代表性。
欢迎、希望大家尝试、分享经验建议。

sobereva

从这速度上来看，相对于目前垃圾佬双路v3服务器用ORCA算并没啥优势

霜晨月

sobereva 发表于 2022-5-25 06:20
从这速度上来看，相对于目前垃圾佬双路v3服务器用ORCA算并没啥优势

嗯，如果有闲置显卡的话，可以试试

hangmint

金属Zn离子那个，我用amber连用gaussian也出现了这个错误，从划分的qm区域的高斯输入文件来看，也是原子类型不识别出现乱码。

霜晨月

hangmint 发表于 2022-5-31 10:49
金属Zn离子那个，我用amber连用gaussian也出现了这个错误，从划分的qm区域的高斯输入文件来看，也是原子类 ...

【报错信息是：Unable to correctly identify element Zn
Note: element guessing does not work with Hydrogen Mass Repartitioning if ATOMIC_NUMBER is not present in the topology file】
这么说，应该是amber/sander生成QM输入文件时的问题了

wrkzy

请教大佬在quick里如何固定原子？