GROMACS压控、盒体积与NPT实操

下载16组完整输入、原始日志、能量数据与绘图脚本。所有例子使用同一盒216个SPC/E水分子（648原子），在鸢算科技集群P100上实际运行20 ps。GROMACS 2026.4使用CUDA 12.8、thread-MPI构建；每个任务使用1张GPU、2个CPU线程。建模与最小化见Packmol接GROMACS水盒工作流。

运行步骤#

先解压下载包，进入gromacs-water子目录。下面各个算例互相独立，每次从下载包根目录进入对应目录；为每个需要运行的目录保存一份下方的run.sh。start.gro包含坐标和速度，topol.top引用安装包自带SPC/E参数。下面的脚本在所选算例目录保存为run.sh：

#!/bin/bash
#SBATCH --partition=gpu-8p100-hs
#SBATCH --nodes=1
#SBATCH --ntasks=1
#SBATCH --cpus-per-task=2
#SBATCH --gres=gpu:1
#SBATCH --time=00:20:00
set -eo pipefail
source /etc/profile
module purge
module load gromacs/2026.4-p100-threadmpi
export OMP_NUM_THREADS=2
gmx grompp -f md.mdp -c start.gro -p topol.top -o md.tpr
gmx mdrun -deffnm md -ntmpi 1 -ntomp 2 -nb gpu -pme gpu -bonded cpu -update cpu
if grep -Eq '^pcoupl[[:space:]]*=[[:space:]]*no([[:space:]]|$)' md.mdp; then
  printf 'Potential\nTotal-Energy\nTemperature\nPressure\n0\n' | gmx energy -f md.edr -o thermo.xvg
else
  printf 'Potential\nTotal-Energy\nTemperature\nPressure\nVolume\n0\n' | gmx energy -f md.edr -o thermo.xvg
fi

sbatch run.sh
# 任务结束后检查最后几行日志
 tail -n 20 md.log

constraints = none不代表这里的水是柔性水：SPC/E拓扑含SETTLE，水分子内部几何仍保持刚性。continuation = yes与gen-vel = no保留输入速度。本组从同一GRO起点分叉，GRO速度有输出精度限制，并不是读取同一完整检查点的位级重启。

本例比较什么#

在相同起点比较C-rescale、Parrinello–Rahman与Berendsen压控。使用各向同性压强1 bar、tau-p = 5 ps、compressibility = 4.5e-5 bar^-1。

npt-c-rescale#

cd npt-c-rescale
sbatch run.sh

完整 md.mdp：

integrator = md
dt = 0.001
nsteps = 20000
continuation = yes
cutoff-scheme = Verlet
coulombtype = PME
rcoulomb = 0.8
rvdw = 0.8
pbc = xyz
tcoupl = v-rescale
tc-grps = System
tau-t = 0.1
ref-t = 300
pcoupl = C-rescale
gen-vel = no
constraints = none
nstenergy = 10
nstxout-compressed = 100
fourierspacing = 0.12
pcoupltype = isotropic
tau-p = 5.0
ref-p = 1.0
compressibility = 4.5e-05

npt-parrinello-rahman#

cd npt-parrinello-rahman
sbatch run.sh

完整 md.mdp：

integrator = md
dt = 0.001
nsteps = 20000
continuation = yes
cutoff-scheme = Verlet
coulombtype = PME
rcoulomb = 0.8
rvdw = 0.8
pbc = xyz
tcoupl = v-rescale
tc-grps = System
tau-t = 0.1
ref-t = 300
pcoupl = Parrinello-Rahman
gen-vel = no
constraints = none
nstenergy = 10
nstxout-compressed = 100
fourierspacing = 0.12
pcoupltype = isotropic
tau-p = 5.0
ref-p = 1.0
compressibility = 4.5e-05

npt-berendsen#

cd npt-berendsen-demo
sbatch run.sh

完整 md.mdp：

integrator = md
dt = 0.001
nsteps = 20000
continuation = yes
cutoff-scheme = Verlet
coulombtype = PME
rcoulomb = 0.8
rvdw = 0.8
pbc = xyz
tcoupl = v-rescale
tc-grps = System
tau-t = 0.1
ref-t = 300
pcoupl = Berendsen
gen-vel = no
constraints = none
nstenergy = 10
nstxout-compressed = 100
fourierspacing = 0.12
pcoupltype = isotropic
tau-p = 5.0
ref-p = 1.0
compressibility = 4.5e-05

实际结果#

20 ps只用于认识体积响应，不是水密度的收敛结果。Berendsen不产生严格正确的NPT系综，只作为旧方法演示；-demo目录因这项明确警告采用grompp -maxwarn 1，其余任务不使用该选项。不要根据短轨迹的瞬时压力判断压控是否有效。

表中的标准差是轨迹自身的时间波动，不是平均值误差条。

提取与画图#

返回下载包根目录：

module purge
module load gpumdkit/1.5.8
python analyze.py

得到analysis/RESULTS.json和六幅PNG曲线。脚本按XVG列名读取数据；定容任务的体积从GRO盒矢量取得。NPT若重新提取体积，使用：

printf 'Volume\n0\n' | gmx energy -f md.edr -o volume.xvg

这些例子用于学会修改输入、提交任务、检查输出和解读曲线。换成蛋白、界面或其他力场时，需要重新选择合理的截断、耦合时间与模拟长度。