适配软件介绍

LAMMPS

LAMMPS程序（Large-sale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）是由美国Sandia国家实验室开发的开源经典力学MD模拟程序，侧重于材料领域的模拟研究。LAMMPS程序在模拟固态材料（金属、半导体）、柔性物质（生物分子、聚合物）、 粗粒度介观体系等方向具有广泛的应用。持续内置多种原子间势（力场模型），可以实现原子、聚合物、生物分子、固态材料（金属、陶瓷、氧化物）、粗粒度体系的建模和模拟。该程序既可以模拟二维体系，也可以模拟三维体系，可以模拟多达数百万甚至数 十亿粒子的分子体系，具有模拟效率高、计算时间短等优点。LAMMPS程序具有良好的用户界面，用户可以自由修改或扩展新的力场模型、原子类型、边界条件等以满足课题研究需求。LAMMPS可以在单个处理器的台式机和笔记本本上运行且有较高的计算效率， 但是它是专门为并行计算机设计的。他可以在任何一个安装了C++编译器和MPI的平台上运算，这其中当然包括分布式和共享式并行机和Beowulf型的集群机。LAMMPS的部分功能还支持OpenMP多线程、矢量化和GPU加速。通常意义上来讲，LAMMPS是根据不同的边界条件和初始条件对通过短程和长程力相互作用的分子，原子和宏观粒子集合对它们的牛顿运动方程进行积分。

GROMACS

GROMACS程序(GROningen MAchine for Chemistry Simulation)是一款集成了高性能分子动力学模拟和结果分析功能的免费开源软件,高度优化的代码使GROMACS成为迄今为止分子模拟速度最快的程序。GROMACS程序可以模拟具有数百至数 百万个粒子的系统的牛顿运动方程。GROMACS旨在模拟具有许多复杂键合相互作用的生化分子，例如蛋白质，脂质和核酸。另外，GROMACS能够⾮常快速地计算⾮键作⽤，因此也可⽤于⾮⽣物体系，如聚合物、⼀些有机物、⽆机物等。 GROMACS于上世纪90年代初诞生于哥廷根大学Berendsen实验室，其开发初衷是发展一个并行的分子动力学软件，初版功能主要基于van Gunsteren和Berendsen开发的串行动力学软件GROMOS。虽然与GROMOS有很深的渊源，GROMACS诞生之后两个软件各自独立发展，分别由Berendsen实验室和van Gunsteren维护和开发，在功能和特性上也渐趋不同。van Gunsteren实验室侧重于与GROMOS同名的力场的开发，Berendsen实验室则在动力学软件本身的开发尤其是性能提升方面取得了很多进展。从2001年开始，GROMACS的开发维护工作由瑞典KTH皇家技术学院的Science for Life Laboratory主导。GROMACS主体代码使用C语言，近年来正逐步过渡到C++，代码开源。在发展历程中GROMACS一直强调性能优化，其运行效率尤其是单机计算效率在多个benchmark中明显优于几个主流同类软件。时至今日，高度优化的计算性能和代码的开放性为GROMACS赢得了众多的用户，使之成为目前生物系统分子动力学模拟领域中最常用的软件。

AMBER

Amber程序是一款旨于模拟蛋白质、核酸、糖等生物大分子的分子动力学软件，包括拥有一套模拟生物分子的分子力场和分子动力学模拟程序包。Amber分子动力学模拟软件由AmberTools22和Amber22组成,AmberTools22（开源的）是由几个独立开发的软件包组成，这些软件包可以单独使用，也可以与Amber22一起使用。该套件还可以用于使用显式水模型或广义Born溶剂模型进行完整的分子动力学模拟，包含：1. Leap：用于准备分子系统坐标和参数文件，有两个程序：xleap：X－windows版本的leap，带GUI图形界面。tleap：文本界面的Leap。2. Antechamber：加载生成部分缺失的力学参数文件。3. Sander：分子动力学模拟程序，被称做AMBER的大脑程序。4. Ptraj：分子动力学模拟轨迹分析程序。Amber22（商业版）软件包通过添加PMEMD程序在AmberTools22上构建，支持GPU加速，该程序类似于AmberTools中的sander（分子动力学）代码，但在多个CPU上提供了更好的性能，并在GPU上显着提高了速度。

Moltemplate

Moltemplate是LAMMPS官方支持的建模工具之一，既可以建立粗粒化模型，也可以建立全原子模型。Moltemplate创建了一种简单的文件格式来存储分子定义和力场，即模板LT，其中LT文件包含与特定分子有关的所有信息（包括坐标、拓扑、角度、力场参数、shake约束、k空间设置、甚至组定义）。 Moltemplate支持使用ATB分子数据库（https://atb.uq.edu.au），下载适应于目标分子的LT文件或手动创建LT文件；也支持各种现有力场类型,即：OPLS , AMBER (GAFF,GAFF2), DREIDING , COMPASS , LOPLS (2015), EFF , TraPPE (1998) , MOLC , mW , ELBA (water), oxDNA2。 Moltemplate可以复制分子，对其进行自定义，然后用它作为构建更大、更复杂分子的基础。构建后，可以自定义单个分子和亚基（原子和键，以及可以插入、移动、删除或替换子单元）。Moltemplate支持所有LAMMPS力场样式以及几乎所有原子样式。Moltemplate目前可与以下软件进行联用：VMD、PACKOL、OVITO、CellPACK、VIPSTER、EMC和OpenBabel。

OpenMM

OpenMM是一个高性能的分子模拟工具包，既可以用作运行模拟的独立应用程序，也可以用作库被其他程序调用。OpenMM集合了极高的灵活性（自定义功能）、开放性和高性能(通过GPU加速以及AMD、NVIDIA和Intel集成GPU的优化实现了卓越的性能)、安装简单等众多优势， 使其在仿真软件中真正独树一帜。OpenMM软件架构设计更加模块化，也易于扩展。同时在底层的核心程序都使用C++编写，用户交互及力场参数的处理则都是采用了Python编写。既保证了计算性能的同时也使得使用上更加便捷易懂。目前，OpenMM大多用于生物体系的模拟当中，同时也支持CHARMM， Amber， Drude 等大多数常用力场。

Tinker

Tinker软件包是由Jay William Ponder教授开发的一个较完整的分子模拟软件包,涵盖分子建模、分子力学、分子动力学的计算，具有一些特殊的生物高分子特性。Tinker可以使用Amber (ff94, ff96, ff98, ff99, ff99SB)， CHARMM (19,22,22 /CMAP)， Allinger MM (MM2-1991和MM3-2000)， OPLS (OPLS-UA, OPLS-AA)， Merck分子力场(MMFF)， Liam Dang的可极化模型，AMOEBA(2004, 2009, 2013, 2017, 2018)可极化原子多极矩力场，加入电荷穿透效应的AMOEBA+和新HIPPO (类氢原子间极化势)力场等几种常用参数集,未来还将集成更多的力场类型。

CHARMM

CHARMM程序(Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics)是一个广泛应用于多粒子系统的分子动力学模拟程序，具有一套全面的能量函数集，多种增强采样方法，并支持多尺度模拟，包括QM/MM, MM/CG和多种隐式溶剂模型。 CHARMM于70年代末诞生于Martin Karplus小组，其前身正是历史上首次尝试基于蛋白质结构计算能量所使用的程序。该程序最初基于Lifson的consistent force field (CCF)，其后由Bruce Gelin和Andy MacCammon等发展，成为从结构到相互作用再到动力学模拟的一套方法。1983年正式发表文章。正是由于与蛋白质的计算机模拟发展史息息相关，CHARMM同时也是领域内历史最悠久、使用最广泛的一种力场的名称。数十年来，CHARMM软件及力场与生物大分子的动力学模拟方法一直同步发展，参与的开发人员来自世界各地，而主要贡献者多半曾是Martin Karplus的学生或博士后合作者。软件主要使用Fortran开发，现有代码量约百万行。由于参与软件开发的人员大部分同时也是算法本身的开发者，该软件集成了生物大分子动力学模拟领域的各种前沿算法。