量子化学软件

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

周期体系与材料电子结构相关环境见第一性原理计算软件。

环境与使用说明#

5.19 ORCA#

ORCA用于分子量子化学计算，包括HF/DFT、杂化泛函、相关方法、几何优化、振动和光谱。本次公共部署为CPU版本。

构建环境。 ORCA本体按官方归档解包，没有本地ORCA源码编译，不能把它标为oneAPI/NVHPC/GCC重新构建。保留厂商提供的二进制指令集和精度，没有添加-xCORE-AVX512，也没有另建single/mixed/double变体。8173m的x86-64/AVX2兼容性已检查；实际数值验收范围见下方。数学库沿用厂商构建，实际动态依赖为随包liborca_tools_6_1_1*.so.6、libstdc++.so.6、libgcc_s.so.1及系统库，不另加载MKL或CUDA。

专用MPI安装于/public/toolkit/openmpi/4.1.8-gcc13.3-orca，module为openmpi/4.1.8-orca，由ORCA模块自动加载。以系统GCC/G++/GFortran13.3.0和-O2编译，未使用-march=native或目标节点专有ISA；上游自身可能加入通用优化选项。启用C和Fortran（mpif.h/use mpi/mpi_f08）、内置PMIx/hwloc/libevent和Slurm调度组件，采用ob1及self,vader,tcp通信。CUDA、UCX、HCOLL、Verbs/OFI/PSM和OpenSHMEM关闭。本次构建使用make -j30，与ORCA解包同时进行，未超过32并行任务上限。

不要为ORCA加载公共hpcx/25.0或OpenMPI5；不能把HPC-X附带的4.1.9a1当成4.1.8稳定版。也无需创建Conda环境或加载oneAPI/NVHPC。科学方法及收敛精度由输入选择，不需要为此重新安装VASP、DeePMD-kit等现有软件。

已提供的功能与范围。 完整保留上传包的串行、MPI和AUTOCI组件；nodmrg包未包含DMRG组件。NBO/MRCC外部程序、额外GUI和OPI Python工作流未安装。ORCA原生! Native-GFN2-xTB已作数值验收。

上传包未包含外部xTB，已按管理员采用的方案补装官方xTB6.7.1（edcfbbe）Linux x86_64预编译包，安装于/public/software/orca/6.1.1/deps/xtb/6.7.1。该包的xtb为静态可执行文件，保留厂商构建；没有本地源码编译或新增Conda环境。实际归档SHA256与当前官方附件一致，签名检查详情保存在管理记录。ORCA目录的otool_xtb链接到此处bin/xtb，orca/6.1.1模块配置XTBPATH=<上述目录>/share/xtb，并提供独立的xtb、cpx命令。

ORCA外部! XTB2（GFN2）、能量/梯度、ALPB(water)和几何优化接口已验收；原生! Native-GFN2-xTB也已验收，两者采用不同接口。外部xTB以CPU线程并行，默认线程数量由ORCA的%pal nprocs确定：本集群56核模板对应外部调用的-P 56，不会为每个MPI进程再各启动一份56线程xTB。常规ORCA的MPI模块仍保持每进程一线程。

输入和提交。 每次计算使用独立项目目录，在其中准备orca.inp和需要的坐标、轨道等附属文件。公共模板要求单节点56MPI×1CPU，并只启动一份ORCA驱动。输入示例：

! PBE0 def2-TZVP def2/J RIJCOSX TightSCF
%pal nprocs 56 end
%maxcore 2500
* xyz 0 1
O  0.0000  0.0000  0.0626
H -0.7920  0.0000 -0.4973
H  0.7920  0.0000 -0.4973
*

此水分子仅说明输入格式，不是56核高效扩展性示例。用户按体系选择方法、基组、结构、电荷、自旋和内存，不自动改动科学输入。

%MaxCore单位为每进程MB。56×2500=140000MB，低于8173m节点187200MB并留有余量；它不是严格峰值内存上限。56进程使用默认4096MB会达到229376MB，超过本节点内存。模板要求显式填写%MaxCore，并拒绝其乘以进程数已超过分配内存的输入。

module purge
module load orca/6.1.1
cp /public/slurm_scripts/hs_user/orca/6.1.1/8173m/sub_orca_8173m.sh .
sbatch sub_orca_8173m.sh

套餐用户模板位于/public/slurm_scripts/tc_user/orca/6.1.1/8173m/sub_orca_8173m.sh。也可以通过yskit copy选择对应用户类型、ORCA、6.1.1和8173m。修改模板中的INPUT=orca.inp对应输入名；输入文件位于提交目录。MPI数量由输入的%pal与Slurm分配共同确定；8173m公共模板固定总56核，不为少核作业提供计费节省建议。

模板调用orca-run，内部使用真实ORCA可执行文件完整路径启动一次。ORCA再自行调用配套MPI模块，不能在外层使用mpirun -np56 orca或srun -n56 orca，否则会启动56份驱动。

使用外部xTB。 沿用相同module和Slurm模板，在输入中选择! XTB2 ENGRAD；水溶剂示例为! XTB2 ENGRAD ALPB(water)，几何优化为! XTB2 Opt。保留%pal nprocs 56 end、显式%maxcore以及用户自己的结构/电荷/自旋。输出应包含xtb version 6.7.1及实际otool_xtb调用。外部xTB执行的部分仍在CPU上。

本地scratch与结果。 orca-run将提交目录复制到节点/tmp/orca.<作业号>.<随机后缀>，保留目录内相对附属文件；已有orca-job-*结果目录不重复复制。绝对路径或指向目录外的符号链接仍指向其原位置，整理输入时应确认引用。不要在含有许多无关计算的大目录直接提交。

结束后回收至提交目录orca-job-<作业号>/，主输出是<输入主名>.out，.gbw和其他输出、run-info.json也在此目录；Slurm的<作业号>.out记录工作/结果路径。计算正常退出且回收成功才删除本地scratch，失败则保留其路径和恢复信息。重复使用同一Slurm作业号运行同一个入口会拒绝覆盖已有结果目录。共享输入文件不被脚本自动改写。

常规ORCA计算的OMP/MKL/OpenBLAS环境线程均为1，与56MPI×1CPU对应；外部xTB的实际线程数由ORCA传入的-P参数控制。小分子未必能从56核受益，优化、频率、相关方法的并行效率也不同；公共模板资源配置不代表性能保证。本次没有部署GPU版或跨节点模板。

验收状态。 管理节点的官方水分子HF参考能量、1/2/4MPI一致性、PBE0杂化DFT、GBW重启、HF优化/解析频率、原生GFN2-xTB，以及C/Fortran MPI通信已通过；login01普通用户数值、默认module加载/卸载和依赖路径另有记录。外部xTB另有管理节点及login01普通用户的1/2核GFN2能量与梯度、ALPB水溶剂和模块路径验收；管理节点优化已收敛。GFN2能量与独立xTB的差低于1e-7Hartree，梯度差低于2e-7Hartree/Bohr。不同科学方法不因这些短例通过而被宣称全部验收。

8173m目标作业906验收通过：真实ccn001-8173m单节点56MPI×1CPU，56rank归约、苯PBE0/def2-TZVP及GBW重启、本地scratch/结果回收通过，串行能量差低于1e-7Hartree；外部xTB6.7.1的56核GFN2/ALPB能量与梯度通过，公共二进制hash一致。首次903的mpirun符号链接误判已修复，失败记录保留。这不是性能扩展性基准。

官方资料：安装、并行启动、MaxCore、水分子参考、OpenMPI4.1.8、xTB6.7.1发行、ORCA外部xTB。

5.22 xTB#

xTB用于分子结构预优化、能量/受力、振动、热化学、隐式溶剂与快速筛选。现有VASP/ORCA/DeePMD/CP2K不需要为此重编。独立公共入口与ORCA依赖副本分别维护。

正式发行附件edcfbbe，2024-07-22厂商构建，tag26b2801分别记录。保留厂商CPU指令和上游双精度，不添加AVX512专用flags、不另建single/mixed。准确厂商flags/MKL版本未推断，不把本机oneAPI版本写成此二进制的编译器。无需oneAPI/NVHPC/MPI/Conda或新增Python环境；本次CPU包不调用GPU，上游另有NVHPC/OpenACC GPU构建，未在本部署启用。

xtb/cpx、参数、man、C头文件、libxtb.a/libcpx.a与厂商.mod完整保留。此附件无libxtb.so，开发文件不保证任意编译器能直接链接；两个pkg-config和厂商TCL模块的前缀已修正，程序/库字节未改。XTB_ROOT指向主路径，XTBPATH=$XTB_ROOT/share/xtb。

module load xtb/6.7.1
xtb --version
xtb --help
cp -i /public/slurm_scripts/hs_user/xtb/6.7.1/8173m/sub_xtb_6.7.1_8173m.sh .
sbatch sub_xtb_6.7.1_8173m.sh molecule.xyz --gfn 2 --opt --alpb water

套餐模板为/public/slurm_scripts/tc_user/xtb/6.7.1/8173m/sub_xtb_6.7.1_8173m.sh，yskit可选择复制。模板1进程×56CPU线程：ntasks1/cpus-per-task56，只启动一次xtb，--parallel读取SLURM_CPUS_PER_TASK，OMP56,1/MKL56、MAX_ACTIVE_LEVELS1避免嵌套乘积，系统栈unlimited/OMP_STACKSIZE4G，无MPI/GPU/独立err文件。8173m按整节点收费，不降到不足56核。小分子不保证56线程加速；login01用于轻量准备/结果检查。不同计算使用独立目录，参数由sbatch传入，不自动修改科研输入。

保留GFN0/1/2、GFN-FF、ALPB/GBSA、优化/振动/MD，以及tblite、自旋极化/CEH、PTB、CPCM-X。电荷--chrg和未成对电子数--uhf由用户确定。PTB只给电子结构性质，没有总能量/梯度/频率；ALPB不支持GFN0，CPCM-X本版不用于普通优化。自旋极化用--tblite --spinpol，不将其等同默认开壳层GFN。cpx保留入口与配置生成，独立工作流需用户COSMO数据库/参数；没有额外部署数据库、Python API、ASE或CREST。

manage01 17组、login01普通用户19组通过，包含核心方法能量/梯度、native/tblite对照、溶剂、CEH/PTB/自旋、CPCM-X、优化/有限对称Hessian和10步NVE。module默认/显式/线程保留/卸载与yskit复制通过；真实8173m作业910为1进程56CPU、COMPLETED0:0，13组检查及实际公共模板、1/56线程数值对照通过。cpx只做入口/输入生成，完整独立数据库工作流未验收；不是生产收敛、全上游单元测试或性能保证。

完整命令、输入限制和记录见公共README、部署STATUS。ORCA保留原独立依赖/otool/module，不随公共xtb入口自动切换。

5.25 CREST#

用于分子构象和旋转异构体搜索。不能把静态包的编译环境写成本机oneAPI版本，也不能把默认包内计算器误认为每一步都启动了外部 xtb。

module load crest/3.0.2
# 正式搜索使用yskit提供的56核脚本：
sbatch sub_crest_3.0.2_8173m.sh molecule.xyz --gfn2

单进程由 -T 56 管理并发任务，Slurm固定1进程×56核，无MPI/GPU。电荷、自旋、溶剂和搜索精度由用户选择，模板不擅自附加 --quick。乙醇GFN2 quick搜索已在56线程正常结束，得到2个独立构象，最低能量-11.39433931 Hartree。模板采用已验收的内层BLAS1、OpenMP passive等待设置。小分子不同阶段并不会持续用满56核，本次用时约16分22秒，仅用于功能验收。

5.28 Gaussian（个人初始化）#

Gaussian采用个人安装方式，通过yskit初始化；公共目录只有初始化工具和文字提交模板，不提供公共Gaussian程序或module。

构建与环境。 使用G16 C.01 AVX厂商二进制，本集群不重新编译Gaussian、不套用oneAPI/NVHPC或公共MPI。yskit以系统Python调用包内bsd/install，运行环境由官方bsd/g16.profile设置；安装根目录权限700，程序文件不允许组和其他用户访问。安装包固定SHA256，个人程序关键入口也记录并校验哈希。需要至少20GiB安装空间，scratch另算，仍需留意个人配额。

首次使用。 在自己的算例目录运行yskit，选择(2) 初始化软件 → Gaussian，按提示使用默认路径或自定义本人主目录内的英文路径；也可执行yskit gaussian-init。初始化不会修改.bashrc，已有个人安装与同名输入/提交脚本保留，不自动提交任务。生成sub_gaussian_8173m.sh、gaussian_example.gjf、README.gaussian.md。示例为水分子的B3LYP/6-31G(d)优化和频率，实际科学输入由用户准备。

yskit gaussian-init
sbatch sub_gaussian_8173m.sh gaussian_example.gjf

资源与输入。 CPU模板固定单节点、1进程、56线程，申请180G主机内存，输入示例为%NProcShared=56及%Mem=160GB。8173m按全56核计费，不改成少核任务；不使用mpirun启动56份Gaussian。输入每个Link1段都应明确线程和内存，%Mem不得超过Slurm申请内存的90%。C.01资源直接写入输入，不依赖Default.Route的内存设置。本CPU入口拒绝GPU、Linda、CPU绑定及替换程序指令；不要仅添加GPU Slurm参数就当成GPU版本。

环境与结果。 个人环境位于~/.config/yskit/gaussian/env.sh，提交脚本自动加载；使用检查点工具时按需加载：

source ~/.config/yskit/gaussian/env.sh
formchk gaussian_example.chk gaussian_example.fchk

scratch默认~/scratch/gaussian，每个作业使用独立子目录。输入保持原样，在计算目录.yskit-gaussian保存运行输入快照和资源记录；log同名时拒绝覆盖。正常退出且通过56线程检查后只清理本作业scratch，失败则保留并在Slurm输出中报告路径。持久chk/log放计算目录，不要放入自动清理的scratch。临时文件也占用个人存储，失败排查后及时自行清理。

重新取脚本。 默认个人配置已初始化后，菜单1可复制/public/slurm_scripts/{hs_user,tc_user}/gaussian/16-C.01/8173m/sub_gaussian_8173m.sh；自定义配置目录使用初始化向导生成的带具体配置路径脚本。菜单 (2) 初始化软件 → Gaussian 还可检查默认个人安装或再次生成示例。命令行检查：yskit gaussian-init --check，自定义配置加--config-dir 路径。

验收范围。 普通用户在8173m以56线程通过HF单点、B3LYP水分子优化/频率、formchk/unfchk转换及检查点重启；发布后的实际入口作业962通过。未覆盖所有方法或生产规模性能。

GPU目前只有调研结果，未交付或验收GPU模板。C.01支持P100/V100不等于全部方法均有加速，GPU需要另行验证设备与CPU亲和性映射、主机内存和数值一致性。GPU调研；个人初始化交付与实测记录。