GPUMD PLUMED集体变量与约束

本文使用鸢算科技集群GPUMD 5.9.1实际运行结果。先下载全部实例与绘图脚本并解压，进入gpumd-examples目录。参考结果在cases，新运行放在work；不要在参考目录重复运行，让输出不断追加。

本篇做什么#

在硅体系上监测一对原子的距离，并施加谐和约束示范GPUMD与PLUMED接口。

1 准备算例#

python new-case.py 16-plumed
cd work/16-plumed
ls

附件中已包含结构与势文件，不需要自己输入几百行坐标。若要从自己的结构开始，请先阅读建模与输入文件。

2 查看和修改输入#

plumed.dat先指定Å、fs、eV单位；AT=2.35 Å是约束中心、KAPPA=2 eV/Ų是弹簧常数。使用偏置时plumed调用间隔必须为1。

16-plumed / run.in

potential potential.txt
velocity 300
time_step 1
ensemble nvt_nhc 300 300 100
run 10000
ensemble nvt_nhc 300 300 100
plumed plumed.dat 1 0
dump_thermo 100
run 10000

16-plumed / plumed.dat

UNITS LENGTH=A TIME=fs ENERGY=eV
d: DISTANCE ATOMS=1,2
r: RESTRAINT ARG=d AT=2.35 KAPPA=2.0
PRINT ARG=d,r.bias FILE=COLVAR STRIDE=10

3 提交并检查进度#

sbatch run.sh
squeue -u "$USER"
tail -n 20 run.log

默认脚本用于V100核时队列。P100或套餐用户先运行yskit，选择复制Slurm脚本及匹配的用户类型、GPUMD版本、GPU型号。单进程启动，不要再套mpirun启动多个相同实例。

本例在计算节点执行的命令为：

gpumd > run.log 2>&1

这条命令已经在提交脚本内，平时只需sbatch run.sh。等待任务结束、查看日志，再读取结果。

4 查看结果和本次数据#

COLVAR包含距离和偏置能。约束会改变采样分布，不能把有偏轨迹直接当无偏系综，也不能把这里的一条约束轨迹称为自由能面。

head -n 12 COLVAR

本次COLVAR开头的数据（完整文件在附件中）：

 0.000000 2.471657 0.014800
 10.000000 2.427898 0.006068
 20.000000 2.342443 0.000057
 30.000000 2.276242 0.005440

5 用自己的输出重新画图#

回到附件根目录，加载绘图环境：

cd ../..
module load ase/3.29.0
python plot.py --chapter plumed --root work

如果想先查看附件里的参考数据，执行python plot.py --chapter plumed。生成的图片在相应根目录的figures中，脚本只读取数据，不修改结果。

换成自己的体系时#

先确认结构、元素和势函数适用范围，再确定温度、边界条件、时间步长与统计长度。随机初速度会使短程数值不同；复现时先比较数量级、趋势、能量稳定性和输出维度。正式研究应做势函数可靠性、尺寸与时间收敛检查。

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