激发态与非绝热动力学工具

各章节保留原指南中的版本、平台、操作示例与适用边界；章节日期不同，使用时按所列版本核对。全部软件分项

环境与使用说明#

6.14 VASPBERRY#

VASPBERRY读取VASP的WAVECAR，计算Berry曲率、Chern数、二维Z₂，以及投影自旋拓扑量；Python工具可继续做Hall积分、PROCAR投影分析和绘图。普通WAVECAR工作流不需要重编VASP或Wannier90。它与基于Wannier模型的WannierTools使用不同输入，可以分别使用和交叉验证。

版本、编译环境与精度#

固定官方标签v1.6.3、提交1d5d752da08b30aa53712cbdfc4278b6b51f7f21。构建保留上游-fpp -O2 -extend-source -assume byterecl和-qmkl=sequential：

make -j32 ifx BUILD_DIR=build-serial
make -j32 ifx-mpi BUILD_DIR=build-8173m FFLAGS=-xCORE-AVX512

主Fortran与三个include取自同一固定提交，未修改科学源码、阈值或添加fast-math。计算主要使用REAL8/COMPLEX16，支持的WAVECAR系数按COMPLEX*8格式读入后依照上游转换。没有另部署单精度或混合精度程序，也没有原生CUDA/OpenACC/OpenMP加速版。GPU VASP可以负责前置DFT计算，VASPBERRY后处理仍使用CPU。

依赖复用/public/toolkit/oneapi/2024.2的compiler/2024.2、mpi/2021.13、mkl/2024.2。原生程序必须使用LP64接口，不用ILP64或默认八字节整数。MPI须用同套Intelmpiexec.hydra，不能由HPC-X/Open MPI的mpirun启动。

Python独立环境为/public/toolkit/miniconda3/envs/vaspberry-1.6.3：Python3.11.16、NumPy2.3.5、Matplotlib3.11.2，供分析和非交互绘图。Conda从TUNA conda-forge创建，pip命令显式使用-i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple；NumPy/Matplotlib使用官方wheel，不能把wheel内BLAS误写成原生Fortran链接MKL。完整传递依赖见版本根目录manifests/pip-freeze.log，构建/输入哈希和验证记录在管理员维护记录。

加载及入口#

module load vaspberry/1.6.3
vaspberry --help
vaspberry-post --help
vaspberry-kubo --help
vaspberry-transport --help

默认module指向通用串行配置；vaspberry/1.6.3-8173m提供目标MPI配置。vaspberry始终是串行入口，vaspberry_mpi是AVX512 MPI入口；不要在P100节点的Haswell CPU上直接运行目标AVX512程序。VASPBERRY_BIN随module选择串行或MPI的真实程序，VASPBERRY_ROOT是版本根目录。配套脚本、官方文档和示例位于$VASPBERRY_ROOT/share。

小型串行后处理在login01独立结果目录运行，例如下述MoS₂式占据子空间曲率；1:18只是示例，必须按自己的体系修改：

vaspberry --task kubo --wavecar /自己的路径/WAVECAR --bands 1:18

1.6.3中--bands N是单带，--bands FIRST:LAST是子空间迹；--per-band 1请求各隔离单带。旧--bundle/-kubo_bundle命令不能继续使用。新CSV需要完整数据覆盖、有限数和终态PASS，文件存在或进程返回0不等于结果可用。

MPI提交和Python分析#

公共模板：/public/slurm_scripts/{hs_user,tc_user}/vaspberry/1.6.3/8173m/sub_vaspberry_1.6.3_8173m.sh，可由yskit复制。模板使用56 MPI×1 CPU，OMP/MKL/OPENBLAS各1，无GPU申请；读取当前目录WAVECAR，结果写入独立的vaspberry-<作业号>目录。

sbatch sub_vaspberry_1.6.3_8173m.sh

提交前修改末尾--task和--bands，核对体系、采样和能带间隙。每个计算用新结果目录，避免上游固定输出名冲突。仅增加MPI进程不会补充WAVECAR中的k点；MPI速度受k点数量、内存和共享存储I/O影响。

Python前端使用一个analysis.ini：

[run]
wavecar = WAVECAR
binary = /public/software/vaspberry/1.6.3/bin/vaspberry_mpi
output = results-hall
mesh = 12 12
energy_reference = unchanged VASP eigenvalue zero
mpi_procs = 56
mpi_launcher = /public/toolkit/oneapi/2024.2/mpi/2021.13/bin/mpiexec.hydra

[hall]
mu = -1.3 -0.9 9
reference = -1.1
temperatures = 0

上面的网格/化学势仅来自官方Bi示例，不能作为任意材料默认值。INI路径相对INI文件所在目录。可以在login01轻量检查：vaspberry-post check analysis.ini。大型计算在56核Slurm分配中只启动一次Python前端，用vaspberry-post run analysis.ini替换原模板的mkdir/cd及末尾原生MPI命令；保留提交目录、资源和线程设置，由mpi_procs=56使Python启动原生MPI阶段。不要再用mpirun -n 56 vaspberry-post ...。

完成后在login01绘图：

vaspberry-post plot results-hall

保留run.json、native/PAIRS.csv、pairs/pairs.npz和对应JSON，数值Hall表位于hall/；绘图输出在figures/。Python积分和绘图不自动成为MPI或GPU任务。

输入和物理适用范围#

• 原生读取器支持完整复数RTAG45200；自动byte/word RECL只处理布局，不自动兼容其他系数格式、损坏文件或Git LFS指针。CPU/GPU VASP输出都须核对实际格式，不能仅按版本号判断。
• Chern/输运BZ积分需要完整网格。k路径能给路径曲率，不能代替全BZ积分。
• 官方二维Z₂针对非磁、时间反演对称绝缘体：完整unshifted偶数Nx/Ny≥4的Nx×Ny×1网格、ISYM=-1及SOC自旋波函数；ISYM=0不能视为等价设置。
• 原生spin-chern/spin-kubo还需要同次计算的匹配OUTCAR，以确定SAXIS到Cartesian自旋坐标。PROCAR分组投影与自旋Chern、常规自旋Hall响应是不同量。
• WAVECAR Kubo使用canonical momentum，不含完整PAW/nonlocal/SOC速度修正。保留现有矩阵导入工具，但没有为现有VASP追加完整算符producer源码插桩；文档中的5.4.4专用producer范围不能外推到所有6.x/GPU/hybrid/MPI变体。
• 安装验收不替代用户材料的k网格、能带窗和算符收敛检查。

验收状态#

两套原生构建、LP64 sequential MKL/Intel MPI链接、真实双rank通信、MoS₂曲率/pairs/布局及无效输入拒绝、Bi144点Z₂=1与串行/MPI场对照通过；同指令集官方自旋测试、正式通用/AVX512自旋数值对照、118项选取Python回归、Bi Hall完整分析及PNG/PDF/SVG通过。login01普通用户串行曲率与管理节点结果一致，三个Python入口、隔离入口、默认module/版本切换/卸载和绘图通过。历史归档跨编译器的归一化曲率差约1.19e-12Ų、通量差约1.95e-14rad，按网格面积核对单位；首次检查和差异调查保留，未修改科学源码/物理阈值。同参数自旋byte检查使用未公开的验证专用串行程序，正式部署仍仅两套。

8173m目标Slurm作业899已完成：56MPI×1CPU、MPI真实通信、MoS₂完整曲率CSV及Bi二维Z₂场/奇偶与管理节点参考核对通过。安装、交付和目标复验均已完成。

官方资料：1.6.3发布、编译指南、后处理、算符范围。

6.15 Hefei-NAMD#

Hefei-NAMD用于基于电子结构轨迹的非绝热动力学和表面跃迁计算。它是合肥团队的科学程序，与通常用于经典分子动力学的NAMD软件不是同一个项目。公共部署采用原始作者仓库和DEV仓库的固定提交；仓库没有正式版本标签，下面的日期是本集群的快照标识。

原始提交为b7c8fc5a27e89b85fbcd7ba67c41b38a99085d4e，DEV提交为308d694f49f8af6c9141aa33baac56ea52624e94。原始三个目录分别make -j1，通过命令行明确指定FC=ifort -assume byterecl和FFLAGS=-O2，避免namd的Makefile中后面的gfortran定义覆盖编译器。DEV采用上游linux/Makefile，FC=mpiifort -assume byterecl，FFLAGS=-O3 -xCORE-AVX512 -qopenmp -traceback -check bounds，保留ENABLEMPI/ENABLEMKL；链接上游LP64 mkl_intel_thread和匹配的Intel MPI，运行时限制MKL为1线程。

Fortran模块依赖不完整，构建使用make -j1。用户已采用最小源码修补：namd补齐末行已传播波函数；namdk selected Dij/DijR/DijI按NSW分配，每个样本整体初始化psi_a/pop_a，runSH上界改为NAMDTIME-1。相关目录使用make -r -B -j1完整重编，禁用GNU make内建Modula2 .mod→.o规则；生产编译器、-O2和积分方法保持原配置。4个已确认源码文件有上游/修补后哈希，51个其他锁定文件未变。另有仅用于验收的-check bounds -traceback -fpe0构建，不作为生产默认。原始程序不依赖MKL或MPI；DEV有AVX512目标指令，部署面向8173m，不应在P100节点的Haswell CPU上运行此目标程序。DEV轨迹循环中的!!$OMP是注释，-qopenmp与运行库链接不代表这些循环已实现OpenMP加速；本次生产模板采用MPI。

精度保持上游selected_real_kind(10)主要计算和selected_real_kind(5)存储波函数系数，一般对应双精度计算与单精度WAVECAR系数。没有额外部署single/mixed/double变体，也没有原生GPU版。GPU VASP可以承担前置电子结构计算，后续Hefei-NAMD仍使用CPU；不需要为安装这个程序重新编译既有VASP、DeePMD-kit或Wannier90。

加载程序与查看安装内容#

module load hefei-namd/2024.05.21
namd --help
dish --help
namdk --help
hefei-namd-tools --list

默认module load hefei-namd也是original快照；DEV使用module load hefei-namd/dev-2023.03.29。两个module属于同一软件族，切换时用module swap hefei-namd hefei-namd/dev-2023.03.29。它们加载匹配的oneapi/2023.2，并把独立Python环境加入PATH，卸载后恢复环境。

HEFEI_NAMD_ROOT指向当前分支版本根目录，HEFEI_NAMD_SHARE指向当前分支的公共资料；HEFEI_NAMD_TOOLS指向原始Python模板目录。原始文档/教学示例位于original/2024.05.21/share/doc，DEV官方例子位于dev/2023.03.29/share/examples。示例不包含重新分发的POTCAR，用户须使用自己的合法输入。

包装入口为上面的原始版本bin/namd、bin/dish、bin/namdk和DEV版本bin/hfnamd；真实二进制在表中prefix的bin目录。原生程序本身没有通用--version/--help命令，公共包装入口提供帮助，正常无参数运行仍从当前目录读取inp。module和原始入口设置Intel运行时FORT_FMT_NO_WRAP_MARGIN=true，防止列表输出自动折行造成NumPy逐行读取失败；这只调整文本输出格式，不改科学计算。Intel列表输出说明。

输入准备与分支差异#

推荐流程为：完成MD轨迹 → 选取快照 → 每帧电子结构计算 → 整理耦合和能量 → 准备动力学输入 → 计算/统计。XDATCAR提取工具只生成结构，不能替代每帧的VASP计算：

module load hefei-namd/2024.05.21
hefei-namd-extract-xdatcar XDATCAR --output run

默认使用所有帧，编号位数按提取后的帧数确定；可用--start/--stop/--stride/--digits调整。输出目录必须是新目录；工具不覆盖已有结果，也不填写或调整inp。原始namd在读取WAVECAR时按len(str(NSW))生成编号，因此NSW=2000对应run/0001/WAVECAR，NSW=9对应run/1/WAVECAR。抽帧后需由用户核对有效时间间隔和POTIM。

原始namdk应满足NAMDTIME < NSW及NAMDTINI + NAMDTIME - 1 <= NSW，确保插值前后帧和内部数组范围有效。其PSICT复数采用实部/虚部格式，每个时间点分为两条物理记录；不能直接按每个物理行理解一个时间点。

INICON提供NSAMPLE组初始时刻与初始能带；BMIN/BMAX、总能带数和NATXT/EIGTXT列数须匹配。不同初始时刻对应不同输出后缀；并行时相同初始时刻会发生同名文件覆盖，准备输入时必须避免。

原始namd的耦合读入实际使用第一k点、第一自旋；RTAG45200单精度系数路径已验证，不据此保证Γ压缩、RTAG45210、SOC、自旋器或任意k点文件都适用。同一文本矩阵在不同分支的内部读取顺序不同，后续积分也按对应约定实现；转换时应结合具体算法检查时间步、能带范围、方向及符号，不要盲目再次转置。原始输出的NATXT是尚未除以2*POTIM的重叠差；原始积分初始化和DEV读取都会进行对应缩放，不能把已缩放数据重复除以2dt。COUPCAR是编译器/格式相关缓存，不应跨分支直接复用。

8173m提交与MPI进程使用#

CPU8173m为独占计费节点，模板统一使用56个MPI进程、每进程1个CPU，共56核。两类模板已同步到核时/套餐用户目录：

/public/slurm_scripts/hs_user/hefei-namd/dev-2023.03.29/8173m/sub_hefei_namd_dev_fssh_8173m.sh
/public/slurm_scripts/hs_user/hefei-namd/dev-2023.03.29/8173m/sub_hefei_namd_dev_dish_8173m.sh
/public/slurm_scripts/tc_user/hefei-namd/dev-2023.03.29/8173m/sub_hefei_namd_dev_fssh_8173m.sh
/public/slurm_scripts/tc_user/hefei-namd/dev-2023.03.29/8173m/sub_hefei_namd_dev_dish_8173m.sh

可以在yskit菜单1选择用户类型、hefei-namd、版本和8173m，再复制模板到当前算例目录。核对资源和科学输入后sbatch提交；只写%j.out，没有单独#SBATCH --error。

• FSSH：inp设置ALGO="FSSH"、NPAR=56，并提供至少56组独立初始条件（NSAMPLE>=56）。程序实际使用min(NPAR, MPI进程数, NSAMPLE)个样本组，每组根进程计算，因此只有1个样本时即使启动56MPI也不会得到56路样本计算。不要为凑进程而重复同一个初始时刻。
• DISH：inp设置ALGO="DISH"、NPAR=1，把同一样本的NTRAJ条轨迹分配到56MPI进程；轨迹数至少56，通常更大，由用户按统计收敛需求决定。需要能带顺序匹配的DEPHTIME矩阵。
• OMP_NUM_THREADS/MKL_NUM_THREADS/OPENBLAS_NUM_THREADS均为1，使用匹配的Intel mpiexec.hydra，不能换成HPC-X/OpenMPI启动器。模板在启动前通过hefei-namd-preflight只读检查资源分配和输出重名风险，不会修改科学输入。
• 当前生产模板验证目标为单节点56MPI。多节点、其他CPU或其他MPI/OpenMP组合需另行验证，不能单纯增加节点数便认为已获得相应性能。

原始namd/dish/namdk是串行程序，小型准备/后处理可在login01运行；不要在同一目录mpirun -n56 namd、dish或namdk，那是重复运行串行程序且会覆盖结果。较大的批量原始任务应先设计每个进程独立输入/输出目录，不提供虚假的MPI模板。

独立Python环境与后处理#

SciPy保持1.13.1是为了原始Dephase.py使用的cumtrapz接口；没有给其他软件的Conda环境安装或替换这些包。Conda使用清华conda-forge，pip使用显式-i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple，核心版本及完整包清单均入安装记录。

module load hefei-namd/2024.05.21
hefei-namd-tools --copy Dephase.py
# 检查energy.dat为逐时刻、逐能带的eV数据，并确认脚本中的dt。
python Dephase.py

Dephase.py生成DISH所需DEPHTIME；poen_fssh.py统计跃迁布居/平均能量并生成kpoen.png，应编辑nsw/prefix/nproc/bmin/bmax/namdTime/potim，注意其中带切片是Python的0开始、右端不包含；tdksen.py读取PROCAR投影并生成ksen_wht.png，需用户填写真实Efermi和原子/自旋/k点索引。后两个脚本是体系相关模板，不能未经编辑直接用于任意轨迹；tdksen.py原始的Efermi退出提示是要求填写参数。

旧scripts/nac.py、spatial_localization_fssh.py含Python2语法，仅保留参考，未安装Python2、未迁移科学算法。默认没有安装mpi4py、Numba、TensorFlow/PyTorch或CUDA后处理链；不要据独立Python环境推断这些扩展可用。

验收状态与已确认限制#

管理节点完成：原始namd官方短例与dish零耦合参考，已知旋转系数的归一化/耦合检查，真实RTAG45200 WAVECAR首k点能量与相同帧零耦合；DEV在1/2/4MPI下的解析布居和有符号振幅、Trotter和MKL积分、确定性输出一致性、DISH实际分配/归约以及官方FSSH/DISH短例；三个Python后处理/ASE结构往返均通过。login01普通用户运行相同串行/Python数值、默认module/切换/卸载、独立Python入口、模板复制与轨迹提取也通过。

随机跃迁使用时钟/进程相关随机种子，验收检查有限值、归一化与非平凡总体变化，不能要求不同MPI进程数的随机轨迹逐字节相同。原始真实WAVECAR测试使用两份相同帧，验证读取与零耦合，不代表已验证用户体系的真实AIMD动力学或科学收敛。

已采用修补复验：namd官方例全部20行波函数范数通过，末行约1.00000348、前19行与修补前零差；NAMDTIME=1和零耦合参考通过。namdk原forrtl408输入开启边界/浮点异常检查后退出0，非零耦合有符号幅度误差约3.2×10⁻¹⁵、NSW128/NAMDTIME127窗口通过；官方11带三个不同初始能带的全部20行（包含t0）均有完整有限波函数和归一化布居，生产与检查构建的格式化幅度一致。此前有效传播行结果保持一致。回归检查在修补前能复现旧样本状态残留和末尾额外步浮点异常，在修补后通过；NAMDTIME=1不再执行额外跃迁。login01普通用户通过实际公共namdk入口、module默认/切换/卸载复验。

8173m目标作业900已完成：ccn001-8173m单节点56MPI×1CPU，56样本组解析Trotter/MKL幅度、实际DISH轨迹归约及官方FSSH/DISH归一化通过，二进制hash一致。目标DEV验收完成；原始源码修补状态仍以单独记录为准。

用户已采用的全部最小源码修补已实施并验收：namd末行波函数完整保存，namdk耦合数组按NSW分配、每个样本完整初始化波函数/布居，跃迁范围与传播/输出统一到NAMDTIME-1。管理节点及login01普通用户通过边界和浮点异常检查、完整初态、不同初始能带、官方11带全部20行输出及非零耦合解析参考。namdk公共入口已开放；4个已确认源码文件修改、51个其他固定文件哈希未变。dish/DEV、依赖及已有56核脚本保持原配置。

公共详细说明为/public/software/hefei-namd/README.md，已应用补丁为/public/software/hefei-namd/manifests/original-io-fixes.patch；已应用状态补丁为/public/software/hefei-namd/manifests/namdk-initial-and-terminal-state.patch，完整已采用补丁为/public/software/hefei-namd/manifests/all-adopted-original-fixes.patch。构建/源锁定/依赖/hash/验收记录为管理员维护记录。续接安装应先读该目录STATUS.md与progress.json，不要重复建环境、编译或提交900。

官方资料：原始仓库、DEV仓库、原始教学资料。