Biuletyn nr 14

Biuletyn KDM
1 | 2 | 3 | 4 | 5
6 | 7 | 8 | 9 | 10
11 | 12 | 13 | 14
15 | 16 | 17 | 18
19 | 20 | 21 | 22
23 | 24 | 25 | 26
27 | 28 | 29 | 30
31 | 32
Lista biuletynów

Biuletyn nr 14 (18 sierpnia 2006)

Spis treści

Narzędzia: MedeA

Autor: Michał Łopuszyński

Filozofia pakietu

MedeA (Materials Exploration and Design Analysis) firmy Materials Design jest graficznym środowiskiem zintegrowanym przeznaczonym do modelowania materiałów. W części obliczeniowej twórcy pakietu skoncentrowali się przede wszystkim na metodach kwantowo-mechanicznych, pozwalających symulować własności nowych materiałów bez wcześniejszej znajomości ich charakterystyk otrzymanych eksperymentalnie.

Podstawą filozofii pakietu jest bliskie zintegrowanie trzech zasadniczych części oprogramowania:

  • graficznego edytora struktur;
  • modułu baz danych pozwalającego zarówno na przeszukiwanie zbioru rezultatów eksperymentalnych, jak i przechowywanie własnych wyników obliczeń;
  • bogatego zestawu modułów obliczeniowych zawierającego m.in. interfejsy do znanych pakietów Vasp, Electra, Phonon.

Integracja wyżej wymienionych narzędzi, ma na celu umożliwienie użytkownikom szybkiego i wygodnego obliczania własności fizycznych badanych materiałów na podstawie ich struktury atomowej.

Poniżej zostaną krótko scharakteryzowane najważniejsze części pakietu MedeA.

Pakiet MedeA przy pracy

Edytor struktur

Edytor pozwala na konstrukcję struktur krystalicznych o zadanej symetrii i położeniach atomów. Pozwala także na bardziej zaawansowane operacje takie, jak:

  • tworzenie superkomórek,
  • budowanie struktur z defektami punktowymi - podstawieniami, wakansami, czy atomami międzywęzłowymi,
  • konstruowanie powierzchni,
  • generowanie interfejsów między dwoma strukturami krystalicznymi.

Dla wygenerowanych struktury można w łatwy sposób przeprowadzić pożądane obliczenia takie, jak np. optymalizacja geometrii, dynamika molekularna, wyznaczenie struktury pasmowej lub gęstość stanów elektronowych i inne.

Bazy danych eksperymentalnych

Moduł bazodanowy (InfomaticA) zawiera bogaty zestaw struktur krystalicznych, na który składają się następujące bazy danych:

  • CRYSTMET (utrzymywana przez Toth Information Systems and the National Research Council of Canada);
  • Inorganic Crystal Structure Data - ICSD (utrzymywana przez FIZ Karlsruhe, Niemcy i National Institue for Standards and Technology, USA);
  • NIST Crystal Data (utrzymywana przez National Institue for Standards and Technology, USA).

Wymienione zasoby obejmują ponad 350000 rekordów, które zawierają aktualne dane literaturowe. Moduł InfomaticA pozwala na zaawansowane przeszukiwanie tego zbioru, umożliwiający użytkownikowi znalezienie struktur spełniających wyspecyfikowany przez niego zestaw kryteriów (np. związek binarny pierwiastków grupy III-V zawierający azot, o symetrii F4-3M).

MedeA również automatycznie zachowuje informacje o przeprowadzanych obliczeniach, pozwalając w dowolnej chwili powrócić do wyników wcześniej wykonanych symulacji.

Możliwości Obliczeniowe

Najważniejszą częścią pakietu są trzy moduły obliczeniowe (znane też jako osobne programy):

  • VASP (formalizm DFT, metoda pseudopotencjału, baza fal płaskich),
  • Electra (formalizm DFT, metoda ASW),
  • Phonon (własności fononowe i termodynamika, pakiet wykorzystuje do obliczeń oprogramowanie VASP).

Ten zestaw jest uzupełniony kilkoma mniejszymi modułami np. MT/Elastic do obliczania stałych elastycznych.

Dzięki opisanym wyżej narzędziom możliwe jest wyznaczanie bardzo szerokiej gamy charakterystyk materiałów krystalicznych, miedzy innymi: własności strukturalnych (geometria komórki elementarnej, widma dyfrakcyjne, ...), własności elektronowych (np. struktura pasmowa, elektronowa gęstość stanów), właściwości magnetycznych (np. momenty magnetyczne, podatności), parametrów termochemicznych i termodynamicznych (np. energie kohezji, energie tworzenia defektów, widma fononowe), charakterystyk mechanicznych (np. stałe elastyczne, moduły sprężystości), a także wielu innych.

Od strony technicznej oprogramowanie pracuje w architekturze klient - serwer. Klient (program z interfejsem graficznym działający pod Windows) kontaktuje się z serwerem zadań, który następnie zleca wykonanie obliczeń jednemu z dostępnych serwerów obliczeniowych. Jeśli wszystkie dostępne serwery obliczeniowe są zajęte serwer zadań zachowuje symulacje w kolejce obliczeń do wykonania.

MedeA w ICM

Ze względu na specyfikę oprogramowania (tylko graficzny klient Windows), MedeA jest dostępna w ICM jedynie w laboratorium użytkowników. Nie ma możliwości zdalnego korzystania z pakietu. Obecnie dostępne są dwa stanowiska pracy i jeden dedykowany serwer obliczeniowy (2*Opteron 250, 4 Gb RAM).

Szczegółowych informacji na temat wykorzystania pakietu udziela Michał Łopuszyński.

Serdecznie zapraszamy również na Warsztaty Modeling real materials from first principles. Point defects. Solid state diffusion. Interfaces & Grain boundaries, które odbędą się w dniach 5-6 września 2006. Będą one poświęcone zastosowaniu pakietu MedeA w rzeczywistych problemach obliczeniowych z zakresu nauk materiałowych.

Osoby zainteresowane prosimy o wcześniejszą rejestrację zgodnie z informacją na stronie kursu.

Dodatkowe informacje


Porady: Część aplikacyjna i systemowa Cray X1e

Autor: Łukasz Bolikowski

Jeden z 8 węzłów tornado przeznaczony jest na obsługę systemu operacyjnego i wszelkich procesów nie-obliczeniowych. Jeśli na przykład po zalogowaniu na tornado napiszemy ls -l, to proces ls uruchomiony zostanie w części systemowej. Natomiast "prawdziwe" zadania obliczeniowe są uruchamiane w części aplikacyjnej, zwanej też obliczeniową.

Skąd komputer wie, które programy uruchamiać w części systemowej, a które w obliczeniowej? Wyboru tego dokonuje się w czasie kompilacji, w podobny sposób, jak dokonuje się wyboru między kompilacją na MSP i SSP.

Tak więc, kompilując lub linkując program:

  • z opcją -Ossp/-hssp - kompilujemy na procesory SSP w części obliczeniowej
  • z opcją -Omsp/-hmsp - kompilujemy na procesory MSP w części obliczeniowej (można też pominąć tę opcję, bo MSP w części obliczeniowej jest domyślnym celem)
  • z opcją -Ocommand/-hcommand - kompilujemy na procesory w części systemowej

Programy w części systemowej nie mogą korzystać z multistreamingu, ani z bibliotek równoległych. Nie będą działały wydajnie, za to będą uruchamiane od razu. Tego właśnie wymagamy od poleceń w rodzaju ls -l: żeby wykonywały się od razu (nie chcemy wstawiać ls -l do kolejki), choć niekoniecznie tak szybko i wydajnie, jak w części obliczeniowej.

Kiedy warto kompilować z przeznaczeniem na część systemową? Np. gdy mamy mały preprocessor danych, uruchamiany (może nawet kilkakrotnie) przed poważnymi obliczeniami. Także dla małych postprocessorów. Przez małe programy rozumiemy takie, które uruchamiane są naprawdę krótko - czasy rzędu sekundy.

Uwaga: opcja -Ocommand/-hcommand przeznaczona jest dla zaawansowanych użytkowników i powinna być stosowana tylko w uzasadnionych przypadkach. Używanie części systemowej do obliczeń jest surowo zabronione.