[发明专利]一种基于云计算技术的分子动力学计算方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于云计算技术的分子动力学计算方法及其系统，包括：用于定义和封装分子动力学软件的核心组件，对该软件的参数进行分类，并进行力场参数的自动匹配的预处理子系统；利用工作流设计交互模块和结果交互处理模块，分别对分子动力学流程进行交互设计和结果交互处理的交互与控制子系统；用于计算作业的创建，及将计算作业提交到超级计算机进行计算的作业管控子系统；以及用于将经该软件计算完毕后，自动将获取轨迹文件，根据预设的要求进行分析计算，并对分析得到的数据进行物性数据的提取的结果处理子系统。采用本发明，可利用云计算和力场参数的自动匹配技术，降低应用该软件进行计算的技术难度门槛要求，并简化使用过程。

技术领域

本发明涉及分子动力学计算技术，尤其涉及一种基于云计算技术的分子动力学计算方法及其系统。

背景技术

分子动力学是一种从原子、分子尺度研究材料性质的科学。在分子动力学的计算中，利用原子间的相互作用势以及每个原子的坐标，通过求解经典力学方程可以求出作用在每一个原子上的合力，计算每个原子的速度、位置，以及随时间的演化、模拟原子运动的轨迹，最终根据统计力学方法，得出体系的物化性质(热力学、动力学)。分子动力学的计算精度不如第一性原理计算方法，但由于牛顿(Newton)方程的数值求解相对容易，计算速度和计算规模远远大于第一性原理计算，因此分子动力学适合于较大空间尺度和较长时间尺度的分子动力学研究。

现有的大规模原子分子并行模拟器(Large-scale Atomic/Molecular MassivelyParallel Simulator，LAMMPS)是在材料计算领域广泛应用的一种分子动力学模拟软件，因其功能强大，支持包括气态、液态或固态相形态下、各种系统下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数，且具备良好的并行扩展性等原因，计算模拟软件LAMMPS拥有广大的使用者和支持者。但是，由于LAMMPS是一款非图形化界面的软件，需要安装该软件、经编译过程处理才能进行材料计算应用，并且参数设置较为复杂，对于使用者而言有较高的技术门槛要求。因此，限制了该LAMMPS软件的进一步应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于云计算技术的分子动力学计算方法及其系统，无需安装和编译分子动力学模拟软件(如LAMMPS)，通过利用云计算技术和力场参数的自动匹配技术，以降低使用者对开展分子动力学模拟软件的计算技术难度门槛要求，并简化其使用过程。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于云计算技术的分子动力学计算系统，包括预处理子系统、交互与控制子系统、作业管控子系统和结果处理子系统；其中：

预处理子系统，用于定义和封装分子动力学模拟软件的核心组件模块，对所述分子动力学模拟软件的参数进行分类，并进行力场参数的自动匹配；

交互与控制子系统，利用工作流设计交互模块和结果交互处理模块，分别对分子动力学流程进行交互设计和结果交互处理；同时，通过MatCloud+工作流引擎，对整个工作流进行自动流程处理和过程控制；

作业管控子系统，用于分子动力学计算作业的创建，及将所述计算作业提交到本地的计算集群或超级计算机进行分子动力学计算；

结果处理子系统，用于将经分子动力学模拟软件计算完毕后，自动获取轨迹文件，根据预设的要求进行多种分析计算，并对分析完成后的数据进行关键物性数据的提取，然后存入物性数据库。

其中：所述的核心组件模块分为基本功能模块和高级功能模块；其中，基本功能模块包括：力场分配模块、几何优化模块、能量计算模块、动力学计算模块和轨迹文件分析模块；高级功能模块包括：热导分析计算、扩散分析计算、力学性能计算、粘度计算、交联计算、玻璃化转变计算等模块。

所述交互与控制子系统，还包括MatCloud+工作流引擎，用于对所述的工作流进行自动流程处理和过程控制。