Software Gaussian

Introdução


O propósito geral do Gaussian é um pacote de estrutura eletrônica ab initio capaz de calcular energias, geometrias, freqüências vibratórias, estados de transição, caminhos de reação, estados de excitação e uma variedade de propriedades com base em diversas funções de onda não correlacionadas e correlatos.

Gaussian é usado por químicos, engenheiros químicos, bioquímicos, físicos e outros para pesquisa em áreas estabelecidas e emergentes de interesse químico.

A partir das leis básicas da mecânica quântica, Gaussian prevê energias, estruturas moleculares, e as freqüências vibracionais de sistemas moleculares, juntamente com inúmeras propriedades moleculares derivadas desses diversos tipos de computação básica. Pode ser usado para estudar as moléculas e as reações sob uma vasta gama de condições, incluindo ambas as espécies e compostos que são difíceis ou impossíveis de observar experimentalmente, como intermediários de vida curta, e as estruturas de transição estáveis.

Vários grupos investigadores de diversos institutos usam o pacote Gaussian para fazer cálculos avançados de teoria da estrutura eletrônica. Estes cálculos podem ser utilizados para prever as propriedades de vários átomos, moléculas, iões, radicais complexos ligados de forma fraca e fortemente ligados, etc. Outros grupos utilizam Gaussain para calcular a estrutura equillibrium e frequências e intensidades de infravermelho e Raman. Alguns utilizam para calcular entalpias de formação de várias espécies químicas. É especialmente útil se os dados experimentais não estão disponíveis. Entalpia de reações também podem ser determinadas. Estados de transição que ligam o reagente e do produto são extremamente difíceis para investigações experimentais diretas. Gaussian também é usado por vários grupos para o cálculo da estrutura e energias dos estados de transição. Isso permite que se calcule a velocidade de uma reação química, podendo ser comparadas as medições experimentais para melhor compreensão. Bem como cálculos teóricos por Gaussian são utilizados para a compreensão detalhada da ligação química.

 

GAMESS – Software para ab initio molecular quantum chemistry

 

GAMESS é um programa para ab initio molecular de química quântica. Resumidamente, com GAMESS pode-se calcular funções de ondas SCF que variam de RHF, ROHF, UHF, GVB, e MCSCF. Correções correlacionadas com estas funções de onda SCF incluem interação de configuração, segundo a teoria de ordem de perturbação, e abordagens Coupled-Cluster, bem como a densidade funcional teoria de aproximação. Estados excitados podem ser computados pelos procedimentos CI, MOE, ou TD-DFT . Gradientes nucleares estão disponíveis para a otimização geometrica automática, as pesquisas do estado de transição, ou caminho de reação seguinte. Cálculo da energia do hessian permite a previsão de freqüências vibratórias, com intensidades de infravermelho ou Raman. Efeitos do solvente pode ser modelado pelos Fragmentos potenciais discretos eficazes , ou modelos contínuos, como a Continuum Model Polarizable. Inúmeros cálculos relativistas estão disponíveis, incluindo ordem infinita duas correções escalares de componentes, com várias opções de acoplamento spin-órbita. O método Fragmento Molecular Orbital permite o uso de muitos destes tratamentos sofisticados para serem utilizados em sistemas muito grandes dividindo-se o cálculo em pequenos fragmentos. Funções de ondas nucleares também podem ser computados em VSCF ou com tratamento explícito de orbitais nucleares pelo código NEO.

 

Uma variedade de propriedades moleculares que variam de momentos de dipolo simples para frequência hiperpolarizabilidades dependentes podem ser computados. Muitos conjuntos de base são armazenadas internamente juntamente com os potenciais de núcleo ou potenciais modelo de núcleo eficazes de modo que, essencialmente, toda a tabela periódica pode ser considerada.

A maioria dos cálculos podem ser realizados usando técnicas diretas ou em paralelo no hardware apropriado. Programas gráficos, particularmente o programa MacMolplt (para Macintosh, Windows ou Linux desktops) estão disponíveis para visualização dos resultados finaise no programa Avogadro é possível ajudar com a preparação de insumos.

Uma descrição detalhada do GAMESS está disponível nos seguintes artigos de periódicos:

 

“General Atomic and Molecular Electronic Structure System” M.W.Schmidt, K.K.Baldridge, J.A.Boatz, S.T.Elbert, M.S.Gordon, J.H.Jensen, S.Koseki, N.Matsunaga, K.A.Nguyen, S.Su, T.L.Windus, M.Dupuis, J.A.Montgomery J. Comput. Chem., 14, 1347-1363(1993).

“Advances in electronic structure theory: GAMESS a decade later” M.S.Gordon, M.W.Schmidt pp. 1167-1189, in “Theory and Applications of Computational Chemistry: the first forty years” C.E.Dykstra, G.Frenking, K.S.Kim, G.E.Scuseria (editors), Elsevier, Amsterdam, 2005.

 

O quadro abaixo resume as capacidades atuais do programa para a obtenção de Funções de ondas, a aplicação de tratamentos de correlação e derivativos computacionais.

                                SCFTYP= RHF    ROHF   UHF    GVB    MCSCF
                                        ---    ----   ---    ---    -----
                SCF energy             CDFpEP CDFpEP CD-pEP CD-pEP CDFpEP
                SCF analytic gradient  CDFpEP CD-pEP CD-pEP CD-pEP CDFpEP
                SCF analytic Hessian   CD-p-- CD-p-- ------ CD-p-- -D-p--
                MP2 energy             CDFpEP CDFpEP CD-pEP ------ CD-pEP
                MP2 gradient           CDFpEP -D-pEP CD-pEP ------ ------
                CI energy              CDFp-- CD-p-- ------ CD-p-- CD-p--
                CI gradient            CD---- ------ ------ ------ ------
                CC energy              CDFp-- CDF--- ------ ------ ------
                EOMCC excitations      CD---- ------ ------ ------ ------
                DFT energy             CDFpEP CD-pEP CD-pEP  n/a    n/a
                DFT gradient           CDFpEP CD-pEP CD-pEP  n/a    n/a
                TD-DFT energy          CDFpEP ------ CD-p--  n/a    n/a
                TD-DFT gradient        CDFpEP ------ ------  n/a    n/a
                MOPAC energy           yes    yes     yes    yes    n/a
                MOPAC gradient         yes    yes     yes    no     n/a

 

 

 

C= conventional storage of AO integrals on disk
D= direct evaluation of AO integrals whenever needed
F= Fragment Molecular Orbital methodology is enabled, “F” pertains to the gas phase; for FMO with PCM or EFP see manual.
p= parallel execution
E= Effective Fragment Potential discrete solvation
P= Polarizable Continuum Model continuum solvation

 

Um resumo mais completo dos recursos do programa, incluindo todos os tipos de execução e propriedades moleculares podem ser encontrados em INTRO.DOC, o primeiro capítulo da documentação GAMESS.

Molecular dynamics using LAMMPS on raspberry pi

High perfomance computing is not a no obvious concept . One basic explanation: ” Reach the maximum performance in node or nodes”.  The raspberry pi is a small computer with 700 MHZ and 512 MB RAM.

Using the raspbian to compile LAMMPS on raspberry pi:

  • apt-get install build-essential gfortran
  • tar -xf lammps_stable.tar.gz
  • cd lammps-1Feb14/src
  • make stubs
  • make serial
  • ./lmp_serial  < ../bench/in.lj

The leonard Jones model using 500000 atoms take 24minutes

 

md_raspberryBut, why use a small computer like raspberry for molecular dynamics:

  • One cheap cluster;
  • Understanding high performance computing;
  • Small electrical power consumption;
  • Is not necessary cooling.

 

Molecular dynamics with OpenMP

These is the first step for DM:

atom

gdb – aix – dbx ?

In some projects we use the IBM Power processor. With this kind of processor the OS is IAX and the compiler “has to be” xlc. The gnu gdb debuger is a terrific tool, but…can not be used with binary from xlc. The solution is: dbx .

Example:

dbx ./bin/prog

(dbx) r

If a segmentation fault occurs:

Segmentation fault in config at line 25 in file “src/config.c”
25                   atos[a].r.x = x;

(dbx) print sizeMol

20

(dbx) quit

 

Another usefull commands:

dump – show several info about the break point

 

O QUE É “ACCELERATED COMPUTING”?

Computação acelerada por GPU é o uso de uma unidade de processamento gráfico (GPU), juntamente com a CPU para aceleração científica, engenharia e aplicações corporativas. Pioneira em 2007 pela NVIDIA, as GPUs agora datacenters de energia eficiente em termos de energia em laboratórios governamentais, universidades, empresas e empresas de pequeno e médio em todo o mundo.

Veja mais em:

http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html # sthash.844EQXlq.dpuf

Como os aplicativos aceleram com GPUs

Computação acelerada por GPU oferece desempenho do aplicativo sem precedentes, transferindo parcelas de computação intensiva da aplicação para a GPU, enquanto o restante do código ainda é executado na CPU. Da perspectiva de um usuário, os aplicativos simplesmente executam significativamente mais rápido.

Veja mais em:

http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html # sthash.844EQXlq.dpuf

 

CPU VERSUS GPU

Uma maneira simples de entender a diferença entre uma CPU e GPU é comparar como eles processam tarefas. A CPU consiste em alguns núcleos otimizados para processamento de série seqüencial, enquanto uma GPU consiste em milhares de núcleos menores, mais eficientes projetados para lidar com múltiplas tarefas simultaneamente.

Veja mais em:

http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html # sthash.844EQXlq.dpuf

 

GPUs têm milhares de núcleos para processar cargas de trabalho paralelas de forma eficiente.

Centenas de aplicativos líderes da indústria já estão acelerados por GPU. Descubra se os aplicativos que você usa são “GPU-accelerated”.

Existem três abordagens básicas para a adição de aceleração por GPU para suas aplicações:

Dropping em bibliotecas otimizadas por GPU

Adicionando compilador “dicas” para auto-paralelizar seu código

Usando extensões para idiomas padrão, como C e Fortran

Aprendendo a usar GPUs com o modelo de programação paralela CUDA é fácil.

Para livre aulas on-line e recursos para desenvolvedores visitar zona CUDA.

VISITE CUDA ZONE

Veja mais em:

http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html # sthash.844EQXlq.dpuf

 

Confira o vídeo abaixo (em inglês) para uma comparação divertida entre CPU contra GPU.

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Wearable Computing

Wearable Computing

 

 

Wearable Computing é o estudo ou a prática de inventar, projetar, construir, ou o uso de dispositivos computacionais e sensoriais transmitidos pelo corpo em miniatura. Computadores Wearable podem ser usados sob, sobre, ou em roupas, ou também podem ser eles mesmos roupas (ou seja, “Smart Clothing”.

 

 

Wearable computing como uma relação recíproca entre homem e máquina

Uma distinção importante entre computadores wearable e computadores portáteis (computadores de mão e laptops, por exemplo) é que o objetivo da wearable computing é posicionar ou contextualizar o computador de tal forma que o computador e o ser humano estejam inextricavelmente interligados, de modo a alcançar Humanistic Intelligence – ou seja, a inteligência que surge por ter o ser humano no ciclo de feedback do processo computacional.

Um exemplo de inteligência humanistica é o reconhecedor de “face wearable” em que o computador assume a forma de óculos elétricos que “ve” tudo o que o usuário vê e, portanto, o computador pode interagir por acaso. Um computador portátil ou laptop não iria fornecer a mesma interação acidental ou inesperada, ao passo que o computador wearable pode reconhecer nametags virtuais se alguma vez “vê” alguém ou seu dono sabe ou deveria saber.

Nesse sentido,w earable computing pode ser definido como uma incorporação, ou uma tentativa de incorporar, inteligência humanistica . Esta definição também permite a possibilidade de parte ou da totalidade da tecnologia a ser implantada no interior do corpo, aumentando, assim, a partir de computação wearable “computação tolerável” (isto é, transmitidos pelo corpo).

Uma das principais características do inteligência humanistica é a constância da interação, que o computador e o ser humano estejam inextricavelmente interligados. Decorre da constância de interação entre homem-computador, ou seja, não há necessidade de ligar o dispositivo antes de se conectar com ele.

Outra característica de inteligência humanistica é a capacidade de multi-tarefa. Não é necessário para uma pessoa parar o que esta fazendo para usar um “computador wearable”, pois está sempre em execução em segundo plano, de modo a aumentar ou mediar as interações do ser humano. Computadores Wearable podem ser incorporados pelo usuário a agir como uma prótese, formando assim uma verdadeira extensão da mente e do corpo do usuário.

É comum na área de Human-Computer Interaction (HCI) pensar no ser humano e o computador como entidades separadas. O termo “Interação Humano-Computador”, enfatiza essa separação os tratando como diferentes entidades humanas e informática que se interagem. No entanto, a teoria inteligência humanistica considera o utilizador e o computador com as suas instalações de entrada e saída associados não como entidades separadas, mas considera o computador como um segundo cérebro e suas modalidades sensoriais como sentidos adicionais em que a sinestesia funde com os sentidos do utilizador. Neste contexto, “wearable computing” tem sido referido como um “sexto sentido”.

Quando um “wearble computer” funciona como uma realização bem-sucedida de inteligência humanistica, o computador usa a mente e o corpo do ser humano como um de seus periféricos, assim como o ser humano utiliza o computador como um periférico. Esta relação de reciprocidade está no coração de inteligência humanistica. 

Gluster – Introdução a arquitetura

Cloud Storage – Gluster

 

            Nos últimos dez anos, as empresas têm visto enormes ganhos em migrarem de arquiteturas monolíticas de servidores proprietários para arquiteturas que são virtualizadas, open source, padronizada

                Infelizmente, o armazenamento não manteve o ritmo com a computação. As soluções próprias, monolíticas e de escalabilidade vertical que dominam o setor de armazenamento hoje não entregam a economia, flexibilidade e maior capacidade de escala que os modernos centros de dados precisam em um hiper crescimento, virtualizado e num mundo baseado em nuvem. Gluster foi criado para resolver esta lacuna.

                   Gluster é um arquivo baseado em scale-out plataforma NAS que é open source e somente software. Permite que empresas possam combinar grandes quantidades de armazenamento de matérias-primas e recursos de computação em um alto desempenho, virtualizados e gerenciados de forma centralizada. Tanto a capacidade e o desempenho podem ser dimensionados de forma independente sob demanda, a partir de alguns terabytes para múltiplos petabytes , utilizando-se tanto de hardware on-premise commodities e infraestrutura de armazenamento em nuvem pública. Através da combinação de economia de commodities com uma abordagem de expansão, os clientes podem alcançar radicalmente melhores preços e desempenho, em uma solução fácil de gerenciar que pode ser configurado para cargas de trabalho mais exigentes.Ao oferecer maior desempenho, escalabilidade e facilidade de uso em conjunto com custo reduzido de aquisição e manutenção, Gluster é um passo revolucionário na gestão de dados. Várias decisões avançadas de design de arquitetura tornam possível para o Gluster entregar uma grande performance, maior flexibilidade, maior capacidade de gerenciamento e uma maior resiliência, a um custo global significativamente reduzido. A completa eliminação da localização dos metadados através do uso do Hashing Algorithm Elastic está no centro de muitas das vantagens fundamentais do Gluster, incluindo a sua notável capacidade de resistência, que reduz drasticamente o risco de perda de dados, corrupção de dados, ou os dados se tornarem indisponíveis.

Abaixo ilustração de como funciona:

gluster

Virtualização:

Gluster Virtualizacao

Cluster – Definição

O termo “cluster” é largamente utilizado em redes de computadores para se referir a um número de diferentes aplicações de recursos de computação compartilhada. Normalmente, um cluster integra os recursos de dois ou mais dispositivos de computação (que poderiam funcionar separadamente), em conjunto para algum propósito em comum.

Uma farm de servidores Web (uma coleção de servidores Web em rede, cada um com acesso a conteúdos no mesmo local) funcionam como um cluster conceitualmente. No entanto, os conservadores podem debater a classificação de uma farm de servidores como um cluster, dependendo dos detalhes da configuração de hardware e software. É importante reconhecer que o agrupamento da rede envolve uma longa história anterior de pesquisa e desenvolvimento, com muitas ramificações e variações.

Arquitetura de rede

Configuração de rede consiste em um nó principal e um número de nós de computação escalável. Os nós podem ser conectados como parte de uma rede de servidores maior, ou como uma rede privada com o nó principal servindo como um gateway.

A arquitetura de software

A Arquitetura de software consiste em uma camada de interface de usuário, uma camada de programação, e uma camada de execução.

Tipos de jobs de computação paralela

Em geral, existem três tipos de jobs de computação paralela: tarefa paralela, varredura paramétrica, e fluxo de tarefas. Os três tipos não são mutuamente exclusivos..

Xeon Phi

O Xeon Phi é o “novo” co-processador da Intel que tenta rebater a grande influência que as GPU (leia nvidia) faz sobre o mercado atual.

 

Xeon Phi

Por ser uma arquitetura SIMD e ainda ter a capacidade de host (sim, é possível entrar no Xeon Phi e executar o seus software) é de grande importância observar o seus passos.

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